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粗晶

材料晶粒的规格分类

粗晶，是材料晶粒的一种规格分类。基本组成是晶粒，粗晶材料是指内部晶粒较大的材料，其强度韧性相对较低。

粗晶简介
粗晶，是材料晶粒的一种规格分类。
材料的基本组成是晶粒，一般来说，晶粒越细，材料的强度，韧性越高，以钢举例，内部奥氏体有晶粒度分级，数字越大，晶粒越细，1-3级为粗晶粒，4-6级为中等，7-8级为细晶粒，所以粗晶材料是指内部晶粒较大的材料，其强度韧性相对较低。
变形铝合金具有不同的形成粗晶组织的倾向。例如，在LC4合金的自由锻件和模锻件上很少发现有粗晶组织，而在LDl0，LD5，LYll，LD7，LY2合金，特别是在LD2和LYl6合金的锻件上经常发现有粗晶组织。
锻件的表面粗晶，往往是挤压棒材表层粗晶环在锻件表面遗留的结果。锻件的整体粗晶，是由于原材料粗晶或过热组织所造成。在锻件变形程度小而厚度大的部位，往往由于落人临界变形程度引起粗晶。在变形程度大、金属相对流动剧烈的区域，因晶粒位向基本趋于一致，且再结晶能量很高，在随后热处理时也可能因发生聚集再结晶而形成粗晶。例如在自由镦拔方形料的中心十字区或模锻件的毛边区附近容易产生粗晶。
粗晶组织显著降低锻件的抗拉强度、屈服强度和伸长率，对疲劳强度和抗震性能都有不良影响。可采取一系列工艺措施防止粗晶缺陷，例如，选择最佳的坯料形状和大小、最佳的制坯和预锻工步，提高模具型槽表面光洁度，保证最均匀的工艺润滑，选择最佳变形温度条件等。
粗晶环
不少铝合金正向挤压制品经热处理后(淬火、退火)，在制品的周边形成一层很深的粗人的再结晶晶粒环，且粗晶区和细晶区有着明显钓分界线。一般称这层粗晶粒环为粗晶环。而用反向挤压生产的制品，粗晶环则很浅，为2~3mm，有的甚至完全消失。由于粗晶环降低力学性能、，因而生产中作为一种缺陷严加控制。对于要求严格的型、棒材要求控制在3mm以下。
粗晶环形成的机理，．从金属学的观点来分析是．十分复杂的，至今仍无统一的意见，也无有效的防止措施。只能通过对成分、工艺规范等进行适当调整以达到在一定程度上加以控制的目的。
粗晶环的主要产生原因
(1)挤压变形不均匀；
(2)热处理温度过高，保温时间过长，使晶粒长大；
(3)合金化学成分不合理；
(4)一般的可热处理强化合金经热处理后都有粗晶环产生，尤其是6A02、2A50等合金的型、棒材最为严重，不能消除，只能控制在一定范围内；
(5)挤压变形小或变形不充分，或处于临界变形范围，易产生粗晶环。
粗晶环的预防方法
(1)挤压筒内壁光洁，形成完整的铝套，减小挤压时的摩擦力；
(2)变形尽可能充分和均匀，合理控制温度、速度等工艺参数；
(3)避免固溶处理温度过高或保温时问过长；
(4)用多孔模挤压；
(5)用反挤压法和静挤压法挤压；
(6)用固溶处理一拉拔一时效法生产；
(7)调整合金成分，增加再结晶抑制元素；
(8)采用较高的温度挤压；
(9)某些合金铸锭不均匀化处理，在挤压时粗晶环较浅。
特征
(1)对于单孔棒材，在制品横断曲的圆周上粗晶粒呈环状分布。对于两孔或多孔棒材则呈月牙状分布，且各孔棒材之间呈对称状。在型材上分布的特征是：沿型材周边分布，对于不等壁型材，其厚壁部分的较薄壁部分的深。粗晶环的深度由制品尾端向前端逐渐减少。
(2)正向不润滑挤压时，由于铸锭边部金属与挤压筒内衬发生激烈的摩擦和剪切变形，这部分金属流入制品尾端，热处理后即形成粗晶环。
(3)淬火前对有粗晶环的低倍试片进行观察可以发现，粗晶环区发暗无光泽。
(4)对淬火前粗结晶环区进行显微和射线分析，粗晶环区为不均匀的细小颗粒，有时其中还夹有不规则的大晶粒，除在德拜环上有大量的斑点外，还有大的劳埃斑点，这说明该区域是再结晶结构加少量的再结晶的大晶粒组织。
(5)粗晶环区与中心区的电阻率和晶格常数不同，棒材边部的电阻率比中心的高，而品格常数则边部的比中心的低。
(6)边部具有再结组织的细晶粒组织在淬火加热的保温过程中发生二次结晶，品粒均匀的告诉长大而生成粗晶。
粗晶环的形状与分布
粗晶环的形状与分布首先与挤压方法和挤压条件有关。
在广泛采用的不润滑挤压筒的正向挤压情况下，粗晶环形成的较深、较长、较普遍。在带润滑挤压和冷挤压时，由于变形较均匀，粗晶环形成的就较浅、较短。
而在采用反挤压法时，由于变形只发生在模孔附近，金属变形很均匀，故形成的粗晶环很浅、很短，甚至会消除。
在不带润滑的正向挤压条件下，粗晶环的形状和分布又与挤压制品的断面形状和模孔排列有关。用单孔模挤压的棒材，其粗晶环为圆环形，而用多孔模挤压时，其粗晶环为月牙形。
型材的粗晶环一般沿型材周边分布，形状随制品断面形状而定。当型材壁厚变化较大，或带有圆头时，其粗晶环深度和分布也不同，壁厚较大处，粗晶环也往往较深，距挤压筒边部距离越近处，所形成的粗晶环也越深。
粗晶环沿压出制品长度方向上的一般分布规律是从尾端向前端逐渐减少，好象一根内径带有锥度的套管。
当其它条件相同时，粗晶环的分布长度与挤压时所留残料厚度有关，残料留的越薄，则粗晶环分布的越长。
粗晶分析
断口分析法只是粗晶分析的一个组成部分。粗晶分析的另一个组成部分为经过特殊加工后的金属表面上研究金属的构造，这种表面加工后的试片称为粗晶试片。
粗晶试片可按下列顺序制成：从所研究的金属(钢锭、半成品、零件)上切取试件，试件应在有代表性的部位上切取，然后将试件在砂纸上磨光，并用酸或特殊的试剂腐蚀以暴露出金属的组成。最后用肉限或用放大镜详细地观察用这种方法得到的粗晶试片。
借助于粗晶分析可解决的各种重要的实际问题：
(1)显示出金属的粗晶组成，确定晶粒的大小，形状及相互位置；根据这些资料可以判断出该金属是否适合以后零件的加工或制造；
(2)确定金属紧密性的被破坏程度(放缩疏松度、气孔、缩孔、裂缝、空隙等等)。确定焊缝的质量及其他；
(3)显示出金属材料中各元素分俺的化学不均匀程度。这种不均匀是在金属结晶过程中造成的。特别重要的是暴露金属中有害物质(例如，钢中的硫)的分布情形和数量；
(4)显示出金属材料中由压力加共所造成的组织不均匀程度(例如，钢中的带状组织)；
(5)确定金属材料中由热处理或化学热处理所造成的组织不均匀程度(例如，钢中的渗硫屑和电镀屑)。
借助于粗晶分析还可以解决并多其他的，在现代技术中有重要意义的问题。
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