金屬材料的細晶強化原理及方法

1. 定義

通過細化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細晶強化，工業(yè)上通過細化晶粒以提高材料強度。

2. 原理

通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以用單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目來表示，數(shù)目越多，晶粒越細。實驗表明，在常溫下的細晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強度、硬度、塑性和韌性。這是因為細晶粒受到外力發(fā)生塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較小；此外，晶粒越細，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴展。故工業(yè)上將通過細化晶粒以提高材料強度的方法稱為細晶強化。

3. 效果

晶粒越細小，位錯集群中位錯個數(shù)（n）越小，根據(jù)τ=nτ0，應(yīng)力集中越小，所以材料的強度越高；

細晶強化的強化規(guī)律，晶界越多，晶粒越細，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式，晶粒的平均值(d)越小，材料的屈服強度就越高。

4. 細化晶粒的方法

增加過冷度；

變質(zhì)處理；

振動與攪拌；

對于冷變形的金屬可以通過控制變形度，退火溫度來細化晶粒。

金屬材料的細晶強化原理及方法