CN113552029B - 一种普适性广的奥氏体混晶评价方法 - Google Patents

Abstract

一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，属于混晶评价技术领域，解决现有混晶评价方法本身存在其局限性的技术问题，包括以下步骤：1)、随机选取视场，采用截弦法测量视场中的晶粒个数、每个晶粒的晶粒弦长及晶粒总弦长；2)、将每个晶粒的晶粒弦长从大到小依次排列，归纳整理每组组距宽度内晶粒出现的个数，计算每组晶粒总弦长；3)、确定每组晶粒总弦长占晶粒总弦长的百分比；4)、确定两端非优势样本晶粒的平均弦长记为平均晶粒弦长；5)、将平均晶粒弦长换算成晶粒度级别，混晶程度为两端非优势样本晶粒的晶粒度级别差。本发明制定的混晶评价方法，兼顾现有技术中各种混晶评价方法的局限性，具有更广泛的普适性，并且便于操作。

Description

一种普适性广的奥氏体混晶评价方法

技术领域

本发明属于混晶评价技术领域，具体涉及的是一种普适性广的奥氏体混晶评价方法。

背景技术

大锻件是综合材料、冶铸、锻造、热处理等为一体的高技术产品，在热加工过程中发生着复杂的组织演变。铸锭在开坯锻造和成形锻造过程中晶粒大小发生着复杂的变化，极易造成混晶缺陷。混晶缺陷作为大型锻件重要组织缺陷之一，基本表征为晶粒粗细混杂、形态各异，通常是指晶粒度等级相差3级以上，对于一些精密大锻件来说晶粒度极差超过2级即可判定为混晶。混晶缺陷致使大锻件的屈服强度下降，冲击韧性指标值也大大下降，而FATT(脆性转变温度)将升高，严重影响着大锻件的使用性能和服役水平。混晶还会在超声波探伤时，引起草状波，使检验无底波，影响大锻件内部缺陷检测，混晶严重时，大锻件将报废。随着大锻件行业的不断发展，精密大锻件成形过程中混晶缺陷的控制一度成为重型机械行业的难题，国内外研究者一直致力于研究大锻件生产制造过程中混晶形成原因并将其彻底消除。由于浇铸的钢锭尺寸比较大，结晶过程缓慢，导致铸造晶粒粗大，铸锭在高温扩散过程中晶粒的大小及均匀状态严重影响着后续铸锭锻造开坯的晶粒变化，尽管铸件还要经过锻压，但是在锻压过程中，加热次数多，高温停留时间长，晶粒尺寸还是比较粗大且极易形成混晶，制约着后续热处理工艺。由此可见区分锻前和锻后晶粒组织状态是十分必要的，所以需要制定混晶评价方法，对不同晶粒组织状态下的混晶度等级进行评价，以期为后序热加工工艺参数制定提供准确的依据。

新国标GB/T 24177-2009将混晶形态具体划分为以下几种状态：ALA状态、宽级差状态、双峰状态、截面状态、项链状态、条带状态，如图1所示。ALA状态指随机分布的孤立粗大的晶粒与基体晶粒的平均晶粒度级别差不小于3级，且这些孤立粗大的晶粒所占试样面积的百分数不大于5％。如其所占面积百分数大于5％，则按双峰状态处理，如图1(a)所示。宽级差状态指随机分布的晶粒出现异常宽的晶粒度级差，其最大晶粒与最小晶粒的晶粒度级别差不小于5级，如图1(b)所示。双峰状态指随机分布的两种晶粒尺寸明显不同，二者的晶粒度级别差超过4级，每种晶粒所占视样面积分数均大于5％，并且这两种晶粒所占面积分数之和大于试样总面积的75％，如图1(c)所示。截面状态指晶粒度在试样整个截面上呈现规则的变化，以致不同区域间的平均晶粒度级差不小于3级；或者在产品截面的特定区域存在不同的晶粒度(例如，在临界应变区域的异常晶粒长大导致的粗大晶粒)，以致这些特定区域的晶粒度与大部分截面的晶粒度级差不小于3级。如图1(d)所示。项链状态指一些孤立的粗晶粒被明显较细的晶粒群所环绕，这些粗大晶粒和较细晶粒的晶粒度级差不小于3级，如图1(e)所示。条带状态指晶粒度差异较大的条带交替区域，其晶粒度级差不小于3级，如图1(f)所示。新国标对每一种混晶状态的混晶度评定给出了各自的评价方法，这些方法虽可评价晶粒分布范围及晶粒尺寸变化，但却不能有效的评价材料的混晶度大小及混晶组织的占有面积。

多道次非连续热锻过程中混晶状态多呈现宽级差状态、双峰状态和项链状态3种类型，以多道次拔长后出现的混晶状态为例(如图2所示)，采用不同混晶评价方法对其混晶状态进行评价。

国内常采用测量多个视场内最大晶粒的平均弦长(D_max)与晶粒的平均弦长(D_m)二者的比值来评价混晶程度，此方法从理论上看不是十分合理，譬如当混晶状态为项链类型或者ALA类型时，这种评价方法便显得更不合理，因为D_m本身就已经包含大晶粒的弦长，最终容易导致所确定的混晶程度比实际情况偏小。

常铁军等在测试和对比的基础上，认为用

/D₀方法评定钢的混晶程度更加合理，通过截线法随机测量晶粒的弦长，其测量个数不少于200个，按大小顺序排列所测晶粒弦长数据并制作晶粒弦长出现频率的直方图，将出现频率最高的晶粒弦长记为D₀，晶粒度级别最小的一组晶粒弦长的平均值记为

二者的比值即为混晶程度，按此方法制作图2所示不同混晶状态晶粒弦长对应的频率直方图(如图3所示)，其中每组的组距宽度为0.5级晶粒度，由图可知坯料心部位置1晶粒尺寸分布最集中，位置3处晶粒尺寸分布较分散，采用该方法得到的混晶度评定结果如表1所示，分析可知该方法评定的是晶粒不均匀性，反映了晶粒的集中趋势，但对于晶粒度等级差表征的混晶却不能反应，使用起来不直观。

表1基于

方法计算得到的图2所示不同混晶状态下的混晶程度

卢文增等对占优势晶粒作出定量规定，通过截弦法随机测量选取视场内的晶粒弦长，将所测晶粒按弦长大小顺序排列并计算晶粒的总弦长，获得晶粒弦长频率分布直方图，确定优势晶粒的大小，以所测晶粒总弦长的15％作为非优势样本晶粒与优势样本晶粒的分界点，算得优势晶粒与非优势晶粒的平均弦长，并换算成晶粒度，混晶程度即为二者晶粒度级别差。如图3所示，可以看出图2中各混晶状态下的优势晶粒均为小晶粒，故从最大的晶粒开始，依次将每个晶粒的弦长进行累加，当晶粒弦长的累加值等于总弦长的15％时，将该晶粒及比它大的晶粒全部看作非优势晶粒，得到各位置处优势晶粒与非优势晶粒的晶粒度等级，二者的差值即为该位置处的混晶度级别，如表2所示。分析可知该混晶评定方法主要适用于晶粒尺寸分布较均匀、晶粒群体较大的情形，如果混晶状态为宽极差类型或双峰类型时，晶粒分布比较稀疏，通过该混晶评价方法易导致出现极大的偏差。譬如图3(c)所示晶粒大小分布不均匀较严重，不易辨别优势晶粒是大晶粒还是小晶粒时，采用该方法显然会造成混晶评价结果偏小。

表2基于截弦法计算得到的图2所示不同混晶状态的混晶度级别

Note:

—Average grain size of dominant grains,

—Average grainsize of non dominant grains

日本的JIS法通过分别测定多个视场内大、小晶粒各自所占面积，分别计算出大、小晶粒各自所占面积的平均值，用两者面积比来衡量混晶程度，从理论上来说这种方法是最合理的，但是由于没有专门的测量工具，给实际混晶评价带来不便。刘志龙^[181]在此基础上将晶粒度等级差等于允许存在的混晶度且占有面积最大的晶粒群体作为优势晶粒，优势晶粒以外晶粒各自的平均晶粒度为非优势晶粒，若非优势晶粒各占面积都大于5％，混晶度为二者之差，混晶面积为二者之和；若非优势晶粒二者各占面积其中一个小于5％，则以二者中占面积大的晶粒评价混晶度，且混晶度为其与占优势晶粒中单个晶粒度差值的最大值，但混晶面积仍为二者之和；若非优势晶粒所占面积均小于5％时，可忽略占优势晶粒以外混晶，分析可知采用该混晶评价方法对双峰类型的混晶状态进行评价时，若把其中一个峰值确定为占优势晶粒，其余非优势晶粒各自取平均晶粒度，极易造成含有另外一个峰值的一方本身出现较大混晶，最终导致混晶评价结果不准确；当混晶状态为宽级差类型时，由于晶粒度级别跨度较大，晶粒度等级差等于允许存在的混晶度以外的非优势晶粒本身存在较大混晶，不宜取平均值。另外，虽然该方法较日本的JIS法相比提供了一种专门测量方法，但晶粒在变形过程中呈现不规则形状，很难准确计算其面积，实际评定过程中不易操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决现有混晶评价方法本身存在其局限性的技术问题，本发明提供一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，本发明是一种新的定量金相混晶评价方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，包括以下步骤：

1)、随机选取视场，采用截弦法测量视场中的晶粒个数N以及每个晶粒的晶粒弦长L_i，确定视场中晶粒总弦长

其中i为由1至N的正整数；

2)、将步骤1)每个晶粒的晶粒弦长L_i从大到小依次排列，并设置每组的组距宽度为0.5级晶粒度，归纳整理每组组距宽度内晶粒出现的个数n，计算每组晶粒总弦长

3)、根据步骤2)确定每组晶粒总弦长占视场中晶粒总弦长的百分比P％，

绘制每组晶粒总弦长频率分布图；

4)、以视场中晶粒总弦长的15％作为非优势样本晶粒与优势样本晶粒的分界点，根据步骤3)绘制的每组晶粒总弦长频率分布图，分别从最小晶粒弦长和最大晶粒弦长开始向中部靠拢，依次将每组晶粒总弦长进行累加，直至若干组晶粒弦长累加值不小于视场中晶粒总弦长的15％时，确定小晶粒分界组与大晶粒分界组，将小晶粒分界组晶粒及比它小的若干组晶粒看作非优势样本晶粒，将大晶粒分界组晶粒及比它大的若干组晶粒同样看作非优势样本晶粒，最后确定两端非优势样本晶粒的平均弦长记为平均晶粒弦长

5)、将步骤4)确定的平均晶粒弦长

换算成晶粒度级别

混晶程度G_m为两端非优势样本晶粒的晶粒度级别差：

进一步地，所述步骤1)中，所述晶粒个数N由国家标准给定的置信度以及±5％相对误差确定。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

本发明从理论上考虑了各种类型的混晶状态，譬如宽极差或双峰型类型时，不会出现采用

评价方法时不易寻求最可几晶粒，造成混晶程度偏大的情况；也不会出现采用

评价方法时不容易区分优势晶粒和非优势晶粒，特别是出现晶粒集聚比较稀疏时，极易造成优势晶粒内部混晶现象严重，导致结果出现极大的偏差；亦不会出现采用|N_S-N_L|评价方法时由于晶粒度级别跨度较大，晶粒度等级差等于允许存在的混晶度以外的非优势晶粒本身存在较大混晶程度，取平均值时造成结果偏差较大的情形。

总之，本发明制定的混晶评价方法，兼顾现有技术中各种混晶评价方法的局限性，具有更广泛的普适性，并且便于操作。

附图说明

图1为混晶形态对比示意图；

图2为多道次非连续热锻过程中出现的混晶状态示意图；

图3为采用现有技术评价图2中不同混晶状态下晶粒弦长对应的频率直方图；

图4为本发明中混晶评价方法示意图；

图5为采用本发明提供的方法评价图2中不同混晶状态下每组晶粒总弦长对应的频率直方图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，包括以下步骤：

1)、随机选取视场，采用截弦法测量视场中的晶粒个数N以及每个晶粒的晶粒弦长L_i，确定视场中晶粒总弦长

其中i为由1至N的正整数；所述晶粒个数N由国家标准给定的置信度以及±5％相对误差确定；

2)、将步骤1)每个晶粒的晶粒弦长L_i从大到小依次排列，并设置每组的组距宽度为0.5级晶粒度，归纳整理每组组距宽度内晶粒出现的个数n，计算每组晶粒总弦长

3)、根据步骤2)确定每组晶粒总弦长占视场中晶粒总弦长的百分比P％，

绘制每组晶粒总弦长频率分布图；

4)、以视场中晶粒总弦长的15％作为非优势样本晶粒与优势样本晶粒的分界点，根据步骤3)绘制的每组晶粒总弦长频率分布图，分别从最小晶粒弦长和最大晶粒弦长开始向中部靠拢，依次将每组晶粒总弦长进行累加，直至若干组晶粒弦长累加值不小于视场中晶粒总弦长的15％时，确定小晶粒分界组与大晶粒分界组，将小晶粒分界组晶粒及比它小的若干组晶粒看作非优势样本晶粒，将大晶粒分界组晶粒及比它大的若干组晶粒同样看作非优势样本晶粒，最后确定两端非优势样本晶粒的平均弦长记为平均晶粒弦长

5)、将步骤4)确定的平均晶粒弦长

换算成晶粒度级别

混晶程度G_m为两端非优势样本晶粒的晶粒度级别差：

采用本实施例制定的混晶评价方法对图2中各晶粒组织状态进行混晶度评价。如图5所示，根据频率分布直方图分别从最小和最大的晶粒弦长和开始进行累加，当累加值等于视场中晶粒总弦长的15％时，算得两端非优势晶粒的平均弦长并将其换算成晶粒度等级，最终计算得到三个状态下的混晶度级别分别为3.46、4.99和5.24。本发明算得的混晶度与现有评价方法得到的数据进行比较，本发明与样本的实际情况偏差小，为后序热加工工艺参数制定提供准确的依据。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、随机选取视场，采用截弦法测量视场中的晶粒个数N以及每个晶粒的晶粒弦长L_i，确定视场中晶粒总弦长

其中i为由1至N的正整数；

2)、将步骤1)每个晶粒的晶粒弦长L_i从大到小依次排列，并设置每组的组距宽度为0.5级晶粒度，归纳整理每组组距宽度内晶粒出现的个数n，计算每组晶粒总弦长

3)、根据步骤2)确定每组晶粒总弦长占视场中晶粒总弦长的百分比P％，

绘制每组晶粒总弦长频率分布图；

4)、以视场中晶粒总弦长的15％作为非优势样本晶粒与优势样本晶粒的分界点，根据步骤3)绘制的每组晶粒总弦长频率分布图，分别从最小晶粒弦长和最大晶粒弦长开始向中部靠拢，依次将每组晶粒总弦长进行累加，直至若干组晶粒弦长累加值不小于视场中晶粒总弦长的15％时，确定小晶粒分界组与大晶粒分界组，将小晶粒分界组晶粒及比它小的若干组晶粒看作非优势样本晶粒，将大晶粒分界组晶粒及比它大的若干组晶粒同样看作非优势样本晶粒，最后确定两端非优势样本晶粒的平均弦长记为平均晶粒弦长

5)、将步骤4)确定的平均晶粒弦长

换算成晶粒度级别

混晶程度G_m为两端非优势样本晶粒的晶粒度级别差：

2.根据权利要求1所述的一种普适性广的奥氏体混晶评价方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述晶粒个数N由国家标准GB/T 24177-2009给定的置信度以及±5％相对误差确定。

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