了解金属材料的晶粒度概念与级别

晶粒度的概念

晶粒：

所谓晶粒就是内部原子排列方向一致，而外形不规则的晶体。在物质结晶过程中，通过晶核（结晶中心）生成和晶体成长而发展起来的小晶体，由于在成长中相邻晶体互相抵触，因而获得不规则的外形。

晶粒的平均直径通常在0.015-0.25mm范围内，而亚晶粒的平均直径通常为0.001mm数量级。

晶粒度：

晶粒度是晶粒尺寸大小的量度，是金属材料的重要纤维组织参量。通常用长度、面积、体积或晶粒度级别数等不同方法评定或测定晶粒的大小。

钢的晶粒度按其奥氏体化条件与长大倾向又分成起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度三种。

起始晶粒度：

起始晶粒度指钢在临界温度以上加热，奥氏体化过程中最初形成的奥氏体晶粒的晶粒度，即奥氏体转变刚刚完成，其晶粒边界开始接触时的晶粒大小称起始晶粒度。

实际晶粒度：

实际晶粒度是指钢在具体的热处理或热加工条件下所得到的奥氏体晶粒度，基本上反映钢件实际热处理时或热加工条件下所得到的晶粒大小，直接影响钢冷却后所获得的产物的组织和性能。

本质晶粒度：

本质晶粒度只代表在某一条件下，奥氏体的长大倾向，是一种性能并非指具体的晶粒，通常采用标准实验的方法，即将钢加热到（930+-10）摄氏度，保温3-5小时后，测定其奥氏体晶粒大小。

根据奥氏体晶粒长大倾向的不同，可将钢分为本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢两类，晶粒度在1级-4级者为本质粗晶粒钢，晶粒度在5级-8级者为本质细晶粒钢。

平均晶粒度和双重晶粒度：

实际情况金属基体内的晶粒不一定是完全一样的，晶粒大小分布大多数情况下近似呈单一对数正态分布，常规采用“平均晶粒度”表示。

• 测定可用：

GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》

YB/T 4290-2012

ASTM E930-1999（2015）《金相检测面上最大晶粒尺寸级别(ALA晶粒度)测定方法》

还有一些金属在一定的热加工条件下晶粒大小的分布也可能出现其他形态分布的现象，就得采用双重晶粒度来表示，但这并不代表仅存在两种晶粒度的分布。

• 测定可用：

GB/T 24177-2009《双重晶粒度表征与测定方法》

ASTM E1181-2002（2015）

几种晶粒度级别的区分

• 显微晶粒度级别数G

在100倍下645.16mm2面积内包含的晶粒个数N与晶粒度级别G有如下关系：

在其他倍率下可按以下公式得出修正系数Q，评出显微晶粒度级别G（G=G'+Q）。

Mb为基准放大倍数，G'为与基准放大倍数的系列评级图片比较评出的晶粒度级别。

• 宏观晶粒度级别数Gm

在1倍下645.16mm2面积内包含的晶粒个数N与晶粒度级别数Gm有如下关系：

• 平均晶粒直径晶粒度

铜及铜合金的晶粒度一般采用平均晶粒直径dn表述，dn可以根据晶粒平均截面面积计算得到：

• 单位面积平均晶粒数

铝及铝合金的晶粒度通常采用单位面积平均晶粒数na表示，其与晶粒度级别数G的关系：

实际测量时可根据下表直接查出G对应的单位面积平均晶粒数。

• Snyder-Graff（S-G）晶粒号

S-G晶粒号适用于高速工具钢奥氏体晶粒度的测定。