粗晶

粗晶，是材料晶粒的一種規格分類。

材料的基本組成是晶粒，一般來說，晶粒越細，材料的強度，韌性越高，以鋼舉例，內部奧氏體有晶粒度分級，數字越大，晶粒越細，1-3級為粗晶粒，4-6級為中等，7-8級為細晶粒，所以粗晶材料是指內部晶粒較大的材料，其強度韌性相對較低。

變形鋁合金具有不同的形成粗晶組織的傾向。例如，在合金的自由鍛件和模鍛件上很少發現有粗晶組織，而在合金，特別是在和合金的鍛件上經常發現有粗晶組織。

鍛件的表面粗晶，往往是擠壓棒材表層粗晶環在鍛件表面遺留的結果。鍛件的整體粗晶，是由於原材料粗晶或過熱組織所造成。在鍛件變形程度小而厚度大的部位，往往由於落人臨界變形程度引起粗晶。在變形程度大、金屬相對流動劇烈的區域，因晶粒位向基本趨於一致，且再結晶能量很高，在隨後熱處理時也可能因發生聚集再結晶而形成粗晶。例如在自由鐓拔方形料的中心十字區或模鍛件的毛邊區附近容易產生粗晶。

粗晶組織顯著降低鍛件的抗拉強度、屈服強度和伸長率，對疲勞強度和抗震性能都有不良影響。可採取一系列工藝措施防止粗晶缺陷，例如，選擇最佳的坯料形狀和大小、最佳的制坯和預鍛工步，提高模具型槽表面光潔度，保證最均勻的工藝潤滑，選擇最佳變形溫度條件等。

不少鋁合金正向擠壓製品經熱處理后(淬火、退火)，在制品的周邊形成一層很深的粗大的再結晶晶粒環，且粗晶區和細晶區有著明顯釣分界線。一般稱這層粗晶粒環為粗晶環。而用反向擠壓生產的製品，粗晶環則很淺，為，有的甚至完全消失。由於粗晶環降低力學性能 ，因而生產中作為一種缺陷嚴加控制。對於要求嚴格的型、棒材要求控制在3mm以下。

粗晶環形成的機理，．從金屬學的觀點來分析是．十分複雜的，至今仍無統一的意見，也無有效地防止措施。只能通過對成分、工藝規範等進行適當調整以達到在一定程度上加以控制的目的。

(1)擠壓變形不均勻；

(2)熱處理溫度過高，保溫時間過長，使晶粒長大；

(3)合金化學成分不合理；

(4)一般的可熱處理強化合金經熱處理后都有粗晶環產生，尤其是6A02、2A50等合金的型、棒材最為嚴重，不能消除，只能控制在一定範圍內；

(5)擠壓變形小或變形不充分，或處於臨界變形範圍，易產生粗晶環。

(1)擠壓筒內壁光潔，形成完整的鋁套，減小擠壓時的摩擦力；

(2)變形儘可能充分和均勻，合理控制溫度、速度等工藝參數；

(3)避免固溶處理溫度過高或保溫時間過長；

(4)用多孔模擠壓；

(5)用反擠壓法和靜擠壓法擠壓；

(6)用固溶處理一拉拔一時效法生產；

(7)調整合金成分，增加再結晶抑制元素；

(8)採用較高的溫度擠壓；

(9)某些合金鑄錠不均勻化處理，在擠壓時粗晶環較淺。

(1)對於單孔棒材，在制品橫斷曲的圓周上粗晶粒呈環狀分佈。對於兩孔或多孔棒材則呈月牙狀分佈，且各孔棒材之間呈對稱狀。在型材上分佈的特徵是：沿型材周邊分佈，對於不等壁型材，其厚壁部分的較薄壁部分的深。粗晶環的深度由製品尾端向前端逐漸減少，如右圖所示。

(2)正向不潤滑擠壓時，由於鑄錠邊部金屬與擠壓筒內襯發生激烈的摩擦和剪切變形，這部分金屬流入製品尾端，熱處理后即形成粗晶環。

(3)淬火前對有粗晶環的低倍試片進行觀察可以發現，粗晶環區發暗無光澤。

(4)對淬火前粗結晶環區進行顯微和射線分析，粗晶環區為不均勻的細小顆粒，有時其中還夾有不規則的大晶粒，除在德拜環上有大量的斑點外，還有大的勞埃斑點，這說明該區域是再結晶結構加少量的再結晶的大晶粒組織。

(5)粗晶環區與中心區的電阻率和晶格常數不同，棒材邊部的電阻率比中心的高，而品格常數則邊部的比中心的低。

(6)邊部具有再結組織的細晶粒組織在淬火加熱的保溫過程中發生二次結晶，品粒均勻的告訴長大而生成粗晶。

粗晶環的形狀與分佈首先與擠壓方法和擠壓條件有關。

在廣泛採用的不潤滑擠壓筒的正向擠壓情況下，粗晶環形成的較深、較長、較普遍。在帶潤滑擠壓和冷擠壓時，由於變形較均勻，粗晶環形成的就較淺、較短。

而在採用反擠壓法時，由於變形只發生在模孔附近，金屬變形很均勻，故形成的粗晶環很淺、很短，甚至會消除。

在不帶潤滑的正向擠壓條件下，粗晶環的形狀和分佈又與擠壓製品的斷面形狀和模孔排列有關。用單孔模擠壓的棒材，其粗晶環為圓環形，而用多孔模擠壓時，其粗晶環為月牙形。

型材的粗晶環一般沿型材周邊分佈，形狀隨製品斷面形狀而定。當型材壁厚變化較大，或帶有圓頭時，其粗晶環深度和分佈也不同，壁厚較大處，粗晶環也往往較深，距擠壓筒邊部距離越近處，所形成的粗晶環也越深。

粗晶環沿壓出製品長度方向上的一般分佈規律是從尾端向前端逐漸減少，好像一根內徑帶有錐度的套管。

當其它條件相同時，粗晶環的分佈長度與擠壓時所留殘料厚度有關，殘料留的越薄，則粗晶環分佈的越長。

斷口分析法只是粗晶分析的一個粗成部份。粗晶分析的另一個粗成部份為經過特殊加工后的金屬表面上研究金屬的構造，這種表面加工后的晶元稱為粗晶試片。

粗晶試片可按下列順序製成：從所研究的金屬(鋼錠、半成品、零件)上切取試件，試件應在有代表性的部位上切取，然後將試件在砂紙上磨光，並用酸或特殊的試劑腐蝕以暴露出金屬的組成。最後用肉限或用放大鏡詳細地觀察用這種方法得到的粗晶試片。

藉助於粗晶分析可解決的各種重要的實際問題：

(1)顯示出金屬的粗晶組成，確定晶粒的大小，形狀及相互位置；根據這些資料可以判斷出該金屬是否適合以後零件的加工或製造；

(2)確定金屬緊密性的被破壞程度(放縮疏鬆度、氣孔、縮孔、裂縫、空隙等等)。確定焊縫的質量及其他；

(3)顯示出金屬材料中各元素分離的化學不均勻程度。這種不均勻是在金羼結晶過程中造成的。特別重要的是暴露金屬中有害物質(例如，鋼中的硫)的分佈情形和數量；

(4)顯示出金屬材料中由壓力加共所造成的組織不均勻程度(例如，鯝中的帶狀組織)；

(5)確定金屬材料中由熱處理或化學熱處理所造成的組織不均勻程度(例如，鋼中的滲硫屑和電鍍屑)。

藉助於粗晶分析還可以解決並多其他的，在現代技術中有重要意義的問題。