Die Korngröße hat einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Materialien. Durch die Verfeinerung von Körnern können nicht nur die Festigkeit und Härte von Materialien verbessert werden, sondern auch die Plastizität und Zähigkeit von Materialien. Die Kornverfeinerung ist die einzige Methode zur Materialverstärkung, mit der sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit von Materialien verbessert werden können.
Wie können wir also die Körner verfeinern?
Aus der Perspektive der Metallkristallisation durchläuft jedes Korn eine Kristallisationskeimbildung und wächst dann. Daher hängt die Größe des Korns von der Kristallisationskeimrate und der Wachstumsrate ab. Je höher die Kristallisationskeimrate, desto größer ist die Anzahl der ursprünglichen Kristallkeime und desto feiner sind die Körner.
Je langsamer die Kornwachstumsrate, desto mehr Kristallkeime werden während des Kornwachstumsprozesses gebildet und desto kleiner sind die endgültigen Körner.
Daraus lässt sich erkennen, dass jeder Faktor, der die Kristallisationskernbildung fördert und das Kornwachstum hemmt, die Körner des Materials verfeinern kann.
Während des Metallkristallisationsprozesses können die Körner durch folgende Methoden verfeinert werden:
1. Kontrollieren Sie den Grad der Unterkühlung. Sowohl die Keimbildungsrate als auch die Wachstumsrate hängen vom Grad der Unterkühlung ab. Eine Erhöhung des Unterkühlungsgrads erhöht sowohl die Keimbildungsrate als auch die Wachstumsrate, aber die Keimbildungsrate steigt schneller an. Daher gilt unter normalen Umständen: Je höher der Grad der Unterkühlung, desto feiner die Körner.
Abbildung 1
Modifikation. Durch Erhöhen des Unterkühlungsgrads können die Körner verfeinert werden. Bei großen Bauteilen und Gussteilen ist es jedoch trotz der großen Oberflächenunterkühlung unmöglich, den Kern auf die gleiche Abkühlungsrate wie die Oberfläche zu bringen. Daher kann der Kern die Körner nicht effektiv verfeinern, indem der Unterkühlungsgrad erhöht wird. Durch Modifikation kann dieser Mangel vermieden werden.
Bei der sogenannten Modifizierungsbehandlung werden dem flüssigen Metall vor dem Gießen Keimbildner, auch Modifikatoren genannt, zugesetzt. Diese Keimbildner fördern eine große Menge ungleichmäßiger Keimbildung des flüssigen Metalls und erreichen so den Zweck der Kornverfeinerung. Aus diesem Grund werden Stahl Legierungselemente wie Ti und V zugesetzt.
Vibration und Rühren. Wenn das Metall kurz vor der Verfestigung steht, kann Vibrieren und Rühren die Kristallisationskernbildung fördern und die Dendriten aufbrechen, wodurch die Kornverfeinerung erreicht wird. Mechanische Vibration, Ultraschallvibration, elektromagnetisches Rühren usw. können alle die Kornverfeinerung erreichen.
Darüber hinaus können Warmwalz- oder Schmiedeprozesse auch die Körner verfeinern, indem der Verformungsgrad und die Warmwalz- und Schmiedetemperaturen gesteuert werden, das heißt, indem das Walzen und die Kühlung gesteuert werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Figur 2
Körner können durch Wärmebehandlung, wie Phasenumwandlung und Rekristallisation, verfeinert werden. Bei Stahl wird dieser erhitzt, um ihn auszutenitisieren. Die Körner sind am kleinsten, wenn die Austenitisierung gerade abgeschlossen ist. Die Körner können durch Abkühlen nach entsprechender Wärmekonservierung verfeinert werden. Körner können auch durch Wiederherstellung und Rekristallisation nach Kaltverformung verfeinert werden.