La taille des grains a une grande influence sur les propriétés mécaniques des matériaux. Le raffinage des grains peut non seulement améliorer la résistance et la dureté des matériaux, mais également améliorer la plasticité et la ténacité des matériaux. Le raffinement du grain est la seule méthode de renforcement des matériaux capable d’améliorer à la fois la résistance et la ténacité des matériaux.
Alors comment pouvons-nous raffiner les grains ?
Du point de vue de la cristallisation du métal, chaque grain subit une nucléation puis grandit. Par conséquent, la taille du grain dépend du taux de nucléation et du taux de croissance. Plus le taux de nucléation est élevé, plus le nombre de noyaux cristallins d'origine est grand et plus les grains sont fins.
Plus la vitesse de croissance des grains est lente, plus de noyaux cristallins se formeront au cours du processus de croissance des grains et les grains finaux seront plus petits.
On peut voir à partir de cela que tout facteur qui peut favoriser la nucléation et inhiber la croissance des grains peut affiner les grains du matériau.
Au cours du processus de cristallisation du métal, les grains peuvent être raffinés par les méthodes suivantes :
1. Contrôlez le degré de surfusion. Le taux de nucléation et le taux de croissance sont tous deux liés au degré de surfusion. L'augmentation du degré de surfusion augmentera à la fois le taux de nucléation et le taux de croissance, mais le taux de nucléation augmente plus rapidement. Par conséquent, dans des circonstances normales, plus le degré de surfusion est élevé, plus les grains sont fins.
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Modification. L'augmentation du degré de surfusion peut affiner les grains, mais pour les gros composants et les pièces moulées, bien que la surfusion de surface soit importante, il est impossible de faire en sorte que le noyau atteigne la même vitesse de refroidissement que la surface, de sorte que le noyau ne peut pas raffiner efficacement les grains en augmentant le degré de surfusion. Une modification peut éviter cette lacune.
Le traitement dit de modification consiste à ajouter des agents de nucléation, également appelés modificateurs, au métal liquide avant sa coulée. Ces agents de nucléation favorisent une grande quantité de nucléation non uniforme du métal liquide, permettant ainsi d'atteindre l'objectif de raffinement des grains. C'est la raison pour laquelle des éléments d'alliage tels que Ti et V sont ajoutés à l'acier.
Vibration et agitation. Lorsque le métal est sur le point de se solidifier, la vibration et l'agitation peuvent favoriser la nucléation et briser les dendrites, atteignant ainsi l'objectif de raffinement du grain. Les vibrations mécaniques, les vibrations ultrasoniques, l'agitation électromagnétique, etc. peuvent toutes atteindre l'objectif de raffinement du grain.
De plus, les procédés de laminage à chaud ou de forgeage peuvent également affiner les grains en contrôlant le degré de déformation et les températures de laminage à chaud et de forgeage, c'est-à-dire en contrôlant le laminage et le refroidissement, comme le montre la figure ci-dessous.
Figure 2
Les grains peuvent être affinés par traitement thermique, comme la transformation de phase et la recristallisation. Pour l'acier, l'acier est chauffé pour l'austénitisation. Les grains sont plus petits lorsque l'austénitisation vient d'être terminée. Les grains peuvent être affinés par refroidissement après une conservation thermique appropriée. Les grains peuvent également être affinés par récupération et recristallisation après déformation à froid.
