金屬材料的細晶強化原理及方法

1. 定義

透過細化晶粒而使金屬材料力學效能提高的方法稱為細晶強化，工業上透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晶粒的數目來表示，數目越多，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生塑性變形可分散在更多的晶粒內進行，塑性變形較均勻，應力集中較小；此外，晶粒越細，晶介面積越大，晶界越曲折，越不利於裂紋的擴充套件。故工業上將透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，位錯叢集中位錯個數（n）越小，根據τ=nτ0，應力集中越小，所以材料的強度越高；

細晶強化的強化規律，晶界越多，晶粒越細，根據霍爾-配奇關係式，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；

變質處理；

振動與攪拌；

對於冷變形的金屬可以透過控制變形度，退火溫度來細化晶粒。