关于晶粒度重要性的一篇英文文章供大家阅读

Consultanting

论坛上有点冷清，放上一篇关于晶粒度重要性的英文文章供大家阅读。

Consultanting

哪位可以翻译一下放上来，便于大家阅读。谢谢！

wanggong

龟版洗洗睡啦！在线翻译有道来帮忙。经过几堂课的学习，每个工程系的学生都将了解到细晶金属材料对许多特性都有很好的效果。Hall-Petch方程Rp0, 2 = Rp0⋅d-1/2无疑是最经常被引用的方程。这个方程的图形表示使屈服强度与平均晶粒直径之间的关系直观上很容易理解。不仅屈服强度受益于细粒度的结构。更细的晶粒也能提高韧性。从我们自己调查的许多例子中，冲击强度测量显示在热加工钢X37CrMoV5-1，材料编号。1.2343,图2。看一眼纯合金钢或低合金钢的时间-温度奥氏体化图(TTA)就可以清楚地看出，如果适当地进行热处理，粗晶粒形成的风险几乎可以消除。正火和硬化的温度是如此之低，即使是一定程度的过热也不一定会导致粗晶粒的形成。只有在高合金化钢的情况下，必须在1000 - 1050℃的温度下进行奥氏体化，增加了保持时间的重要性。对于奥氏体化tem性质高达1220℃的高速钢，保温时间是最重要的。在盐浴硬化高速钢时，每个炉上都有一个秒表，保温时间以秒为单位指定。今天，这些钢主要在真空炉中进行处理，所需的工艺参数已经开发和公布。相比之下，表面硬化钢占据一定的特殊位置。渗碳温度和所需的渗碳时间会反复导致不需要的粗晶粒形成。对于这类钢，在近几十年里已经做出了最大的努力，以确保细晶粒的稳定性，甚至超过通常的渗碳回火性质880 - 950℃。在渗碳处理之前，冶金措施和适当的热处理使晶粒生长向更高温度[02]到[07]转变成为可能。在那里，重点是形成额外的硬沉淀，只有在高温下溶解，从而阻碍晶粒生长在正常的渗碳温度和长渗碳时间。除氮化铝(AlN)外，析出的氮化钛(TiN)、氮化铌(NbCN)和氮化铟(VN)尤为重要。
这些发展还没有找到他们的方式，目前的标准的个案硬化钢。在DIN EN ISO 683- 3:19 - 209 -04中，第7.4章描述了根据ISO 643: 209 -12[09]进行测试时，所有表面硬化钢必须具有奥氏体晶粒尺寸为5或更细的细晶粒结构。作为金属图谱测定的一种替代方法，它表明，在总铝含量至少为0.018%的情况下，通常可以得到细晶粒结构。在这种情况下，不必进行金属图检查，然后必须在测试证书中说明铝元素含量。最小铝含量的指示旨在形成细粒稳定的氮化物铝，尽管元素氮，这也是必需的，在本标准中既没有提到也没有规定。要求铝氮比至少为2:1。对氮化铝的细晶稳定作用进行了深入的研究和发表，如[02]。在[03]中描述了铝和氮含量对晶粒尺寸和其他性能的影响，并给出了一个信息丰富的图表，图3。因此，铝或氮含量过低会导致粗粒的形成。然而，这两种合金元素也受到最大含量的限制。铝含量过高会导致纯度水平的下降，因为过量的铝会由于其对氧的高亲和力而形成氧化铝。另一方面，过量的氮含量会导致韧性的显著降低。DIN EN ISO 683- 3:19 -04中描述的最小铝含量为0.018%，还没有在最佳合金范围内。[03]中铝的最佳含量为0.025% - 0.035%。考虑到氮含量0.0075% - 0.012%，这也列出了，铝/氮比为3 - 4，这意味着铝有一定的过剩。ISO 643:2019-12中描述的用McQuaid- Ehn方法测定颗粒大小的方法提供了在渗碳粉中在925℃±10℃渗碳6小时。在这种方法中，碳化物在奥氏体晶界处析出，从而允许金相晶粒尺寸的变化。然而，在925℃温度下保持6小时的时间已经清楚地表明，可以获得相对较小的表面硬化深度。如果70%的表面都在规定的范围内，则此测试结果可以认为是满意的限制。个别颗粒的上限和测定方法没有规定。相比之下，ISO 6336-5:2016-08[11]允许齿形零件的最大晶粒尺寸为G = 3。被测表面指定为3毫米，这远远超出了通常的测试范围。细粒稳定效果不能只从化学成分上看出来。充足的铝和氮含量只是一个基本要求。然而，只有当氮化铝的晶粒尺寸为30 - 50，且[04]均匀分布时才有效果。这意味着细粒稳定性受到整个生产链[05]的影响。在常规操作中不可能对这种细小的预成型颗粒进行金相检验，因为这需要进行透射电子显微镜分析。相反，在典型的渗碳温度920 - 950℃下进行了长退火时间的空白硬度试验，以证明其细晶粒的稳定性。具体的处理规范和评价方法在公司特定的交货规范中定义，并基于各自所需的表面硬化深度。对于局部粗粒形成或inho- mogeneous粒径分布情况，不同的评价方法会得到不同的结果，如图4所示。采用线性截距法，由交点个数和总测量长度得到一个平均值。在所示的示例中，得到的平均晶粒直径为37.2千分尺m，即晶粒尺寸G = 6。需要使用图像分析软件来评估颗粒面积分布。的直方图中颗粒数分布(图4左下)局部粗颗粒形成不明显。只有颗粒面积分布的直方图显示了不均匀的程度，因为单个颗粒所占的面积比例较大。然而，这种评价是非常有用的，单个粗晶粒可以显著降低疲劳强度，见图5。下面的例子清楚地说明了沉淀状态对晶粒尺寸的重要性。两个退火样品取自于表面硬化钢18CrNiMo7-6的一个部件，材料号为1.6587，其最佳铝/氮比如图3所示。铝镍三化物的析出状态尚不清楚。一个试样在毛坯硬化之前先进行高温退火和680℃回火。第二个试样直接盲淬，没有预先热处理。热处理顺序如下。示例1:1)1150°C 2 h→石油+ 680°C 2 h + 2)→空气940°C 135 h→油+ 180°C 1 h→空气样本2:1)940°C 135 h→石油+ 180°C 1 h→空气样本1显示一个统一和细粒度分布。用G = 6测量最粗颗粒，图6左。在样品2中，大面积也显示出非常细而均匀的晶粒尺寸分布。然而，有几个局部粗颗粒为- mations晶粒尺寸高达G = 0，图6右。由此可知，只有在680℃的低温条件下，氮化铝的溶解和析出才能形成最佳的尺寸和分布，而组分本身不存在这种op- timum析出状态。在评估晶粒尺寸分布的过程中，还注意到必须对整个磨削区域进行检查，以便检测局部粗晶粒的形成。即使是ISO 6336-5:2016-08中指定的用于随机区域选择的3毫米晶区也不能确保单个粗颗粒区域被检测到。进一步的基础研究已经开始在我们的实验室。在下一期中，晶界沉淀将被消除。
文学{01}阿斯科兰，唐纳德·R:材料科学，海德堡，柏林，牛津，1996年。。[02] Huchtemann b;舒勒，V.:对影响工程钢奥氏体晶粒尺寸的贡献。HTM Harterei-Techn。米特48(1993)2，第124 - 132页科尔曼:表面硬化钢的细晶粒阻力，今天和明天。HTM z Werkst。Warmebeh。Fertigung 60(2005) 5，页260 - 270。[04]黑鞋油,wariser g;专业:现代钢铁材料的生产与加工。HTM z Werkst。Warmebeh。Fertigung 58(2003) 4，第181 - 188页。[05]克劳森,b;Konovalov,美国;霍夫曼,frahl,美国;还是,H.-W。;W.布里克:由微合金化ma- terial 18CrNiMo7-6制成的部件的细晶粒电阻取决于工艺链。热处理。席65(2010)5，第257 - 268页。[06] Trute, S.:工艺链对微合金化表面硬化钢细晶粒电阻的影响。Dr.-Ing。迪斯。亚琛工业,2008年。[07] Hippenstiel, F.:用于高温渗碳的实际表面硬化钢。4. 国际研讨会，17 -18。2005年Februar Wetzlar。可热处理钢、合金钢和易切削钢。第3部分:表面硬化钢钢。显微照相测定。表观晶粒尺寸的测定。[10]典当,圣;Kleff, j .;舒尔茨,m;Sollich, a;D. Wiedmann, D.:成形和热处理因素对表面硬化构件晶粒尺寸和疲劳强度的影响。HTM Harterei——中欧。米特。54(1999)1，第45 - 52页。正齿轮和斜齿轮承载能力的计算。第5部分:材料的强度和质量

Consultanting

好办法！虽然不是很准确，但基本上可以明白文章的内容了！

Consultanting

请王工把第二部分也翻译一下，供大家阅读。谢谢！

wanggong

在上一期的技术报告中，介绍了粒度对性能变化的影响，粒度的测量方法以及粒度对性能变化的影响。不幸的是，在切割铝镍三极体的最佳颗粒尺寸时，出现了一个打字错误，必须首先加以纠正。最佳的颗粒尺寸是30 - 50nm，而不是30 - 50谎称。该报告也是在学士学位论文的背景下开始进一步调查的机会。完成这项工作后，一个描述也将给予这。
晶界
在第二部分中，将更详细地讨论晶界，晶界是将具有相同晶体结构的不同取向的晶粒分开的。在金属物理学中，区分了大角度晶界、小角度晶界和孪晶界。在热处理扩散过程中，大角度晶界尤为重要。在凝固过程中，液体熔体在成核点形成随机取向的晶体。在保持曾经给定的晶体方向的同时，晶体生长，然后与一个不同方向的晶体碰撞。在这个过程中形成的晶体之间的界面就是晶界。阻碍晶体生长的晶体称为微晶或晶粒。不同晶向的不匹配导致晶界上原子的平衡位置受到干扰。这进而导致了许多特定的属性。合金元素碳、硫、硼、phos- phorus、tin和antimony可以在晶界积聚，这几乎总是与韧性的降低联系在一起。先共析铁素体或渗碳体的析出开始于奥氏体晶界，缓慢冷却接近平衡。晶界是扩散控制相变的成核点。此外，许多类型的原子在晶界处的扩散速度明显高于在晶内的扩散速度。几乎总是，在晶界的分离和沉淀导致明显的恶化材料属性。
图1:前奥氏体晶界处的二次渗碳体
图2:前奥氏体晶界处的预共析碳化物薄膜
碳化物析出对过共析钢的冷却接近平衡导致奥氏体晶界析出二次渗碳体。苦味酸钠蚀刻使晶粒边界处的渗碳体析出非常明显，见图1。这种微观结构不适合机械加工，也不适合作为淬火和回火的起始条件。由于这个原因，在交货前对这些钢进行软近磨或球化(+AC)以形成碳化物。机械加工完成后，这些工具钢被硬化和回火。在奥氏体化过程中，并不是所有的碳都溶解了，但未溶解的碳化物仍然存在。由于非合金钢或低合金工具钢的淬透性有限，必须在水、油、盐或聚合物混合物中淬火，因此不能期望在晶界处出现新的共析碳化物析出。当碳化物的前身(如铬)以更高的浓度加入时，情况就会发生变化。铬不仅能形成特殊的碳化物，而且能提高淬透性。这些钢材，如材料X153CrMoV12，材料编号1.2379，因此，可以在真空炉中用气压冷却硬化。奥氏体化温度在1000 ~ 1080℃之间才能溶解这种特殊碳化物。如果淬火速度不够，这可能导致奥氏体晶界处形成预共析碳化物，图2。这些钢的本来就很低的韧性被进一步降低。冷成形后，奥氏体钢在与铬合金工具钢相似的温度范围内溶液退火。在随后的冷却时，也必须避免在晶界处形成碳化铬。冷却过慢时形成的特殊铬碳化物的铬含量比基体高，导致晶界附近铬的耗尽，导致抗热性能的损失。当可硬化耐腐蚀钢在温度范围450 - 600℃回火时，也会得到类似的负结果，如图3所示。
图3:穿过X5CrNi18-10工件的截面:在晶界处铬耗尽的示意图
磷扩散
为了减少必要的成形力，表面经常在冷成形前磷化。在随后的惰性气体退火前，必须清除这一层。根据磷酸盐层(可溶于酸和碱)的化学行为，通常使用碱性清洗剂来清洗。如果不进行清洗，磷酸锌层开始分解。在这个过程中，结合在磷酸锌层中的锌由于其低沸点为907℃，开始部分或全部蒸发，这取决于退火温度，自由基PO4仍然存在。热保护气体大气降低了这种基本的磷形成，扩散到钢的表面。扩散的磷引起铁素体区域的膨胀。如果磷含量较低，奥氏体转化为铁素体或用磷稳定铁素体。即使在Ac1以上的退火温度下，它仍保持稳定。没有转化为奥氏体，这就是为什么在淬火过程中没有马氏体形成。通过金相检验和3%硝酸腐蚀对比，可以看出磷稳定铁素体与基本组织之间有明显的分界线。然而，磷在晶界上扩散得更深，这可以通过奥伯霍夫蚀刻法检测到，图4和图5。图4:磷稳定铁素体回火显微结构(3% HNO3腐蚀)
图5:磷稳定铁素体回火显微结构(奥伯霍夫蚀刻法)
磷诱导奥氏体转变为铁素体只发生在低碳或中碳含量钢中。碳含量高时，磷也会被吸收不会形成铁素体。在欧伯霍夫蚀刻后，磷在晶界处再次清晰可见，并具有脆化效应。这可能导致淬火应力裂纹，如图6所示。图6:富磷晶界处的淬火应力裂纹.
另一方面，如果热处理是在氧化的气氛中进行的，则会阻止磷的熔合。除了增加锌的蒸发，表面发生氧化，其中磷结合在氧化物。在随后的淬火过程中，这些只是轻微的附着层脱落。然而，去除磷酸盐层不仅是为了避免磷稳定铁素体。蒸发的锌在炉膛的冷点处凝结，造成严重污染.白铜隔离
电炉钢的铜和镍含量总是比氧转炉钢高。在电弧钢生产中，废铁被熔化，而在钢生产中，生铁是在转炉中处理的。铜和镍这两种元素是氧化稳定的，因此不能从钢液中去除。生铁中这两种元素含量较低，与生铁相比，冷却废铁的数量也较小，但由于电钢生产中废铁的多次回收，使得这两种元素的含量增加。在热处理过程中，铜和镍元素的氧化稳定性也很明显。在氧化气氛下，形成氧化铁，表面铜和镍含量丰富。表面元素含量与基体物质之间的浓度梯度导致晶界取向扩散
铜和镍。
浓缩到约。20%是测量
可热处理42CrMo4钢，材料号:
1.7225，含0.56% Cu+Ni。晶界丰富
在铜和镍是软的，这可以导致
淬火时产生裂纹。如果弯曲应力
发生在组件的生产或使用过程中
铜镍分离也存在风险的破解。的铁素体-珠光体微观结构
以圆钢链环为例，
图7。图7:热轧钢条上铜-镍-镉的偏析，加工成圆钢链
在冷态时，裂纹增加弯曲。

氧扩散
在吸热大气中渗碳时，
不仅碳发生转移，氧也发生转移
吸收。而碳在水中溶解
奥氏体晶格,氧与氧反应 gen-affine元素铬,锰氧化物和硅图标和形式。这个反应也影响
晶界以一种特殊的方式。的氧化物
在晶界处形成的像细的缺口
并降低强度性能，特别是下
动态交变载荷。氧化物也会形成
在谷粒的内部，虽然他们有一个
球形，图8。
氧化物不仅降低了动强度
属性，但它们也从表面移除
层的合金元素提高硬化能力。由于淬透性降低，马氏体减少
是不是不再形成封闭的氧化表层
出水面。相反，一个柔软的表层
形成珠光体和贝氏体
残余拉应力。所有影响因素
提到增加了开裂的倾向，
这会导致疲劳强度的降低。在
箱内的齿轮元件，可在齿侧
是地面,但在齿根地区,国际米兰颗粒氧化仍然存在。
晶间氧化的意义
组件属性也可以从
一个独立的标准;DIN 30901已通过
用于测定颗粒间氧化。
粒间氧化不仅发生在过程中
渗碳处理，但也在奥氏体化
具有碳化中性c电位。然而,
inter-granular氧化的程度不太赞成讲述在奥氏体化淬火和tem 从而阻碍高等temeperatures停留时间
比渗碳处理短得多。
图8:Inter-gra  nular氧化的渗碳齿轮

Francois

太牛了。

赵中原

感谢分享，很有用