Размерът на зърното има голямо влияние върху механичните свойства на материалите. Рафинирането на зърната може не само да подобри здравината и твърдостта на материалите, но и да подобри пластичността и издръжливостта на материалите. Усъвършенстването на зърното е единственият метод за укрепване на материала, който може да подобри както здравината, така и издръжливостта на материалите.
И така, как можем да рафинираме зърната?
От гледна точка на кристализацията на метала всяко зърно претърпява нуклеация и след това расте. Следователно размерът на зърното зависи от скоростта на нуклеация и скоростта на растеж. Колкото по-голяма е скоростта на нуклеация, толкова по-голям е броят на оригиналните кристални ядра и толкова по-фини са зърната.
Колкото по-бавна е скоростта на растеж на зърното, толкова повече кристални ядра ще се образуват по време на процеса на растеж на зърното и крайните зърна ще бъдат по-малки.
От това може да се види, че всеки фактор, който може да насърчи нуклеацията и да попречи на растежа на зърната, може да усъвършенства зърната на материала.
По време на процеса на кристализация на метала зърната могат да бъдат рафинирани по следните методи:
1. Контролирайте степента на преохлаждане. Както скоростта на нуклеация, така и скоростта на растеж са свързани със степента на преохлаждане. Увеличаването на степента на свръхохлаждане ще увеличи както скоростта на нуклеация, така и скоростта на растеж, но скоростта на нуклеация нараства по-бързо. Следователно, при нормални обстоятелства, колкото по-висока е степента на преохлаждане, толкова по-фини са зърната.
Фигура 1
Модификация. Увеличаването на степента на свръхохлаждане може да рафинира зърната, но за големи компоненти и отливки, въпреки че свръхохлаждането на повърхността е голямо, е невъзможно сърцевината да достигне същата скорост на охлаждане като повърхността, така че сърцевината не може ефективно да рафинира зърната чрез увеличаване степента на преохлаждане. Модификацията може да избегне този недостатък.
Така наречената модифицираща обработка е да се добавят нуклеиращи агенти, наричани също модификатори, към течния метал преди изливането. Тези нуклеиращи агенти насърчават голямо количество неравномерно нуклеиране на течния метал, като по този начин се постига целта за рафиниране на зърното. Това е причината, поради която легиращи елементи като Ti и V се добавят към стоманата.
Вибрация и разбъркване. Когато металът е на път да се втвърди, вибрирайки и разбърквайки, той може да насърчи образуването на ядра и да разбие дендритите, като по този начин се постига целта за усъвършенстване на зърното. Механична вибрация, ултразвукова вибрация, електромагнитно разбъркване и т.н. могат да постигнат целта на рафинирането на зърното.
В допълнение, процесите на горещо валцуване или коване могат също да рафинират зърната чрез контролиране на степента на деформация и температурите на горещо валцуване и коване, тоест контролиране на валцуване и контролиране на охлаждане, както е показано на фигурата по-долу.
Фигура 2
Зърната могат да бъдат рафинирани чрез термична обработка, като фазова трансформация и рекристализация. За стоманата стоманата се нагрява, за да аустенизира. Зърната са най-малки, когато аустенизацията е току-що завършена. Зърната могат да бъдат рафинирани чрез охлаждане след подходящо топлинно съхранение. Зърната могат също да бъдат рафинирани чрез възстановяване и рекристализация след студена деформация.
