Zrnitost má velký vliv na mechanické vlastnosti materiálů. Rafinační zrna mohou nejen zlepšit pevnost a tvrdost materiálů, ale také zlepšit plasticitu a houževnatost materiálů. Zjemnění zrna je jedinou metodou zpevňování materiálu, která může zlepšit pevnost i houževnatost materiálů.
Jak tedy můžeme zrna zušlechtit?
Z pohledu krystalizace kovu každé zrno prochází nukleací a následně roste. Proto velikost zrna závisí na rychlosti nukleace a rychlosti růstu. Čím větší je rychlost nukleace, tím větší je počet původních krystalových jader a tím jemnější jsou zrna.
Čím pomalejší je rychlost růstu zrna, tím více krystalových jader se vytvoří během procesu růstu zrna a konečná zrna budou menší.
Z toho lze vidět, že jakýkoli faktor, který může podporovat nukleaci a inhibovat růst zrn, může zjemnit zrna materiálu.
Během procesu krystalizace kovu mohou být zrna zušlechtěna následujícími metodami:
1. Ovládejte stupeň podchlazení. Jak rychlost nukleace, tak rychlost růstu souvisí se stupněm podchlazení. Zvýšení stupně podchlazení zvýší jak rychlost nukleace, tak rychlost růstu, ale rychlost nukleace se zvyšuje rychleji. Za normálních okolností tedy platí, že čím vyšší stupeň podchlazení, tím jemnější zrna.
Obrázek 1
Modifikace. Zvýšení stupně podchlazení může zjemnit zrna, ale u velkých součástí a odlitků, i když je povrchové podchlazení velké, je nemožné, aby jádro dosáhlo stejné rychlosti ochlazování jako povrch, takže jádro nemůže efektivně zjemnit zrna zvýšením stupeň podchlazení. Modifikace může tomuto nedostatku předejít.
Takzvaná úprava úpravy spočívá v přidání nukleačních činidel, nazývaných také modifikátory, do tekutého kovu před naléváním. Tato nukleační činidla podporují velké množství nestejnoměrné nukleace tekutého kovu, čímž se dosahuje účelu zjemnění zrna. To je důvod, proč se do oceli přidávají legující prvky jako Ti a V.
Vibrace a míchání. Když se kov chystá ztuhnout, může vibrace a míchání podpořit nukleaci a rozbít dendrity, čímž se dosáhne účelu zjemnění zrna. Mechanické vibrace, ultrazvukové vibrace, elektromagnetické míchání atd. mohou dosáhnout účelu zjemnění zrna.
Kromě toho mohou procesy válcování nebo kování za tepla také zjemňovat zrna řízením stupně deformace a teplot válcování a kování za tepla, to znamená řízením válcování a řízením chlazení, jak je znázorněno na obrázku níže.
Obrázek 2
Zrna mohou být rafinována tepelným zpracováním, jako je fázová transformace a rekrystalizace. U oceli se ocel zahřívá k austenitizaci. Zrna jsou nejmenší, když je austenitizace právě dokončena. Zrna mohou být rafinována ochlazením po vhodné tepelné konzervaci. Zrna mohou být také zušlechtěna regenerací a rekrystalizací po deformaci za studena.
