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第十二章 晶粒尺度的测定及评级方法一、原理概述金属及合金的晶粒大小与金属材料的机械性能、工艺性能及物理性能有密切的关系。
细晶粒金属的材料的机械性能、工艺性能均比较好，它的冲击韧性和强度都较高，在热处理和淬火时不易变形和开裂。
粒晶粒金属材料的机械性能和工艺性能都比较差，然而粗晶粒金属材料在某些特殊需要的情况下也被加以使用，如永磁合金铸件和燃汽轮机叶片希望得到按一定方向生长的粗大柱状晶，以改善其磁性能和耐热性能。
硅钢片也希望具有一定位向的粗晶，以便在某一方向获得高导磁率。
金属材料的晶粒大小与浇铸工艺、冷热加工变形程度和退火温度等有关。
晶粒尺寸的测定可用直测计算法。
掌握了这种方法也可对其它组织单元长度进行测定，如铸铁中石墨颗粒的直径；脱碳层深度的测定等。
某些具有晶粒度评定标准的材料，可通过与标准图片对比进行评定。
这种方法称为比较法。
1．直测计算法(1) 利用物镜测微尺寸出目镜测微尺(或毛玻璃投影屏上的刻尺)每一刻度的实际值。
选定物镜，并选用带有目镜测微尺的目镜。
将物镜测微尺置于样品台上，调焦、调节样品台，使物镜测微尺的刻度与目镜测微尺(或投影屏上的刻度尺)良好吻合(如图12-1所示)。
图12-1 目镜和物镜测微尺的校正 图12-2 目镜测微尺的测量显示图已知物镜测微尺的满刻度为1mm ，共分为100格，则最小格为0.01mm 。
在这一物镜的放大倍数下，物镜测微尺的Y 格与目镜测微尺的X 格(或投影屏上的刻度)相重合，则目镜测微尺(或投影屏上)上的每一刻度格值即可求得：0.01Y mmX ⨯=格值例一：物镜测微尺的10格和目镜测微尺上的20格重合，则：目镜测微尺的每一刻度格值100.010.00520mm⨯==例二：物镜测微尺的30格和投影屏刻尺上的30格重合，则：投影屏刻尺上的每一刻度格值300.010.0130mm⨯==(2) 利用已知目镜测微尺的格值(或投影屏格值)进行晶粒尺寸或其它组织单元长度的测定。
实验指导书实验一晶粒度的测定及评级方法一．实验目的1. 了解显示和测定钢的奥氏体晶粒度的方法，验证加热温度和保温时间对奥氏体晶粒大小影响的规律性；2.掌握钢铁材料晶粒度评级的实验技术。
二．晶粒度的显示及评级方法1. 晶粒度的定义及晶粒大小的显示方法在常规讨论中所提到的奥氏体晶粒度具有3个不同概念。
它们分别是，起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度。
起始晶粒度是指：钢刚刚完成奥氏体化过程时所具有的的晶粒度；实际晶粒度，就是从出厂的钢材上截取试样所测得的某一种工艺条件下所获得的晶粒大小；而奥氏体本质晶粒度则是将钢加热到一定温度并保温足够时间后，所具有的奥氏体晶粒大小（目前有逐步取消这个概念的趋势）。
(大多数钢材的奥氏体只能在高温下存在，因此，要测定其大小。
通常须要采用下述方法，把高温A氏体的形貌固定并保留下来，以便在室温下评定钢中晶粒的大小) 。
借助金相显微镜来测定钢中的晶粒度，其显示方法有氧化法、网状铁素体法、网状珠光体（屈氏体）法、网状渗碳体法、渗碳法、淬硬法等几种：(1)氧化法氧化法就是利用奥氏体晶界容易氧化这个特点，根据沿晶界分布的氧化物来测定奥氏体晶粒的大小。
测定的方法是首先将试样的检验面抛光，随后将抛光面朝上置于炉中。
对碳素钢和合金钢，当含碳量小于或等于0.35％时，一般在900±10℃加热1h。
含碳量大于0.35％时，一般可在860±10℃加热1h，然后淬如冷水或盐水。
根据氧化情况，将试样适当倾斜8-15度进行研磨和抛光，直接在显微镜下测定奥氏体晶粒的大小，(抛光浸蚀后在过渡带内可以看到已氧化的原奥氏体晶界的黑色网络)，为了显示清晰，可用15％的盐酸酒精溶液进行侵蚀。
(2)网状铁素体法对于含碳量为0.25％～0.60％的碳素钢以及含碳量为0.25％～0.50％的合金钢来说，如无特殊规定，则其含碳量低于或等于0.35％的试样可在900±10℃加热，含碳量大于0.35％时，可在860±10℃加热。
![晶粒度测定方法及评级 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s1/m/42020c7eddccda38376baf3a.png)
晶粒度检验晶粒度是晶粒尺寸大小的量度，是金属材料的重要显微组织参量。
•晶粒度检验：借助金相显微镜测定钢中实际晶粒度和奥氏体晶粒度。
•晶粒度检验包括组织显示和晶粒度测定两部分。
•奥氏体晶粒度显示是晶粒度检验工作中的难点。
F钢与A钢的奥氏体晶粒度形成及显示对于铁素体钢奥氏体晶粒的显示方法:国家标准GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定法》规定可使用渗碳法、氧化法、铁素体网法、渗碳体网法、直接淬硬法、网状珠光体法、相关法、模拟渗碳法等。
1 渗碳法适用范围：C≤0.25%的碳素钢及合金钢具体步骤：•将试样在930±10 o C渗碳、并保温6h，渗碳层≥1mm，并使其表层有过共析成分。
•缓冷后在渗碳层的奥氏体晶界上析出渗碳体网。
•试样冷却后经磨制和腐蚀，显示出过共析区奥氏体晶粒形貌。
晶粒度的显示：由沉积在晶粒边界上的渗碳体显示浸蚀剂：1）3%-4%硝酸酒精溶液2）5%苦味酸溶液3）沸腾的碱性苦味酸钠水溶液2 氧化法适用范围：w(C)＝0.25%-0.60%的碳钢和合金钢一般采用气氛氧化法，步骤如下：•经抛磨（用400粒度或15цm）的试样抛光面朝上置于空气炉中加热（w(C) ≤0.35%时，加热温度900℃±10℃ ；w(C)＞0.35% 时，加热温度为860℃±10℃），保温1h，然后水冷。
•根据氧化情况可将试样倾斜10o ~ 15o进行研磨和抛光，直接在显微镜上测定晶粒度。
也可在真空中加热并保温，空气中冷却或缓冷，使晶界氧化，同样进行上述处理后测定奥氏体晶粒大小的方法为真空法。
晶粒度显示:用15%盐酸酒精溶液3 铁素体网法适用范围：含碳量为0.25%-0.60%的碳素钢和合金钢。
具体步骤：•对于（w(C)≤0.35%时，加热温度900℃±10℃ , w(C)＞0.35%时，加热温度为860℃±10℃）至少保温30min，然后空冷或水冷。
•经磨制和侵蚀，显示出沿原奥氏体晶界分布的铁素体网。
晶粒度评级一、引言晶粒度评级是材料科学领域中的一个重要分析手段，它对于材料的性能、结构和应用有着深远的影响。
通过晶粒度评级，我们可以了解材料的晶粒大小、分布以及形态，从而为材料的优化设计和应用提供有力支持。
本文将详细介绍晶粒度评级的原理、方法以及其在材料科学中的应用。
二、晶粒度评级的原理晶粒度评级是基于晶体材料的显微组织结构进行的。
晶体材料由大量的晶粒组成，晶粒的大小和形态直接影响材料的力学性能、物理性能和化学性能。
晶粒度评级就是通过观察和分析晶粒的大小、形态和分布，对材料的性能进行预测和评估。
三、晶粒度评级的方法1.金相显微镜观察法：这是最常用的晶粒度评级方法之一。
通过金相显微镜观察材料的显微组织，可以直接测量晶粒的大小，并对其进行评级。
这种方法简单易行，但精度相对较低。
2.电子背散射衍射法（EBSD）：这是一种基于电子背散射衍射技术的晶粒度评级方法。
通过EBSD技术，可以获得晶粒的取向分布和晶体学信息，从而更准确地评估晶粒度。
3.X射线衍射法：利用X射线衍射技术可以分析材料的晶体结构，并通过谢乐公式计算晶粒大小。
这种方法非破坏性，适用于大块材料和薄膜材料的晶粒度评级。
四、晶粒度评级在材料科学中的应用1.金属材料：在金属材料中，晶粒度对力学性能有显著影响。
通过晶粒度评级，可以优化金属材料的热处理工艺，提高其强度和韧性。
2.陶瓷材料：陶瓷材料的晶粒度影响其致密度、断裂韧性和耐磨性。
通过控制晶粒度，可以改善陶瓷材料的性能，拓展其应用领域。
3.半导体材料：在半导体材料中，晶粒度影响载流子的迁移率和器件的性能。
通过晶粒度评级，可以优化半导体材料的制备工艺，提高器件的性能和稳定性。
4.新能源材料：如锂离子电池、太阳能电池等新能源材料中，晶粒度对材料的电化学性能、光电转换效率等关键性能指标具有重要影响。
通过晶粒度评级，可以为新能源材料的性能优化提供指导。
五、结论晶粒度评级作为材料科学研究的重要手段，对于深入理解材料的组织结构与性能关系具有重要意义。
晶粒度评级标准晶粒度是指金属材料中晶粒的尺寸和形状。
晶粒度的大小和分布对材料的性能有着重要的影响。
在工程材料的生产和应用中，对晶粒度的评级标准具有重要意义。
本文将介绍晶粒度评级标准的相关内容，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
1. 晶粒度的评价方法。
晶粒度的评价方法主要有金相显微镜观察法、X射线衍射法、电子后向散射法等。
金相显微镜观察法是最常用的方法之一，它通过对金属试样进行金相显微镜观察，根据晶界的数量和形状来评定晶粒度。
X射线衍射法则是通过测定晶体的晶格常数来间接评定晶粒度。
电子后向散射法则是通过测定晶体中原子的位置和排列来评定晶粒度。
2. 晶粒度的评级标准。
晶粒度的评级标准通常包括了晶粒尺寸的范围和分布情况。
一般来说，晶粒度可以分为粗晶粒、中等晶粒和细晶粒三个等级。
粗晶粒是指晶粒尺寸较大的情况，一般对材料的强度和塑性有着不利影响。
中等晶粒是指晶粒尺寸适中的情况，这种情况下材料的性能一般处于平衡状态。
细晶粒是指晶粒尺寸较小的情况，这种情况下材料的强度和塑性往往会有所提高。
3. 影响晶粒度的因素。
晶粒度的大小和分布受到多种因素的影响，主要包括了材料的成分、热处理工艺、应力状态等。
材料的成分对晶粒度有着直接的影响，一般来说，含有大量合金元素的材料晶粒度较细。
热处理工艺也是影响晶粒度的重要因素，适当的热处理工艺可以使晶粒细化。
此外，材料在不同的应力状态下，其晶粒度也会有所变化。
4. 晶粒度评级标准的应用。
晶粒度评级标准在金属材料的生产和应用中具有重要的意义。
通过对材料晶粒度的评定，可以有效地指导材料的生产和加工工艺。
对于一些特定的工程材料，晶粒度的大小和分布也对其性能有着直接的影响。
因此，合理地制定晶粒度评级标准对于提高材料的性能和使用寿命具有重要意义。
5. 结语。
晶粒度评级标准是金属材料领域的重要内容，对于材料的生产和应用具有重要的指导意义。
通过对晶粒度的评定，可以有效地指导材料的生产和加工工艺，提高材料的性能和使用寿命。
晶粒度等级标准是根据工业生产上的需求来划分的，共分为12级。
其中1~4级为粗晶粒，5~8级为细晶粒，9~12级为超细晶粒度。
晶粒度的评级可以通过三种方法进行：比较法、面积法和截点法。
比较法是根据标准系列图谱比较来确定晶粒度级别，评估值的重现性通常为±1.0级；面积法是通过单位面积内晶粒数目确定晶粒度级别，精度±0.25级，无偏差，重现性为±0.5级；截点法是通过计算一定长度的线段与晶界相交的截点数确定晶粒度级别，精度±0.25级，无偏差，重现性为±0.5级。
本质晶粒度是指钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向，在930±10℃保温3~8h后测定奥氏体晶粒。
晶粒度标准等级分为8级，1级最大，8级最小。
奥氏体晶粒在100倍显微镜下，其大小与标准的晶粒度进行对比，凡度晶粒为1~5级的定为本质粗晶粒钢，5~8级的定为本质细晶粒钢。
此外还有超细晶粒钢。
晶粒度评级标准晶粒度评级是指对材料中晶粒尺寸的评定和分类。
晶粒度的大小对材料的性能有着重要的影响，因此对晶粒度进行准确的评级是非常重要的。
在实际工程中，晶粒度评级标准被广泛应用于金属材料、陶瓷材料、塑料材料等各种材料的研究和生产中。
本文将介绍晶粒度评级的标准和方法，希望能对相关领域的研究和应用提供一定的参考。
首先，晶粒度的评级标准主要包括晶粒尺寸的测定方法和晶粒度等级的划分。
晶粒尺寸的测定方法通常包括金属lographic方法、显微硬度法、电子背散射衍射法等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体的材料和实验要求来选择合适的测定方法。
晶粒度等级的划分通常采用等价圆径法或线性拟合法，根据不同的标准和要求，将晶粒尺寸进行分类，通常分为超细晶粒、细晶粒、中等晶粒和粗晶粒等级。
其次，晶粒度评级的方法主要包括定性评定和定量评定两种。
定性评定是通过显微镜观察晶粒的形态和尺寸，进行主观判断，属于一种简单直观的评定方法。
定量评定则是通过图像处理技术和数学统计方法，对晶粒进行精确测定和统计分析，得到晶粒尺寸的分布规律和平均值，属于一种科学严谨的评定方法。
在实际应用中，可以根据具体的要求和条件，选择合适的评定方法进行晶粒度的评级。
最后，晶粒度评级标准的应用范围非常广泛。
在金属材料领域，晶粒度的大小对材料的力学性能、疲劳性能、腐蚀性能等都有着重要的影响，因此对晶粒度进行准确的评级对材料的研究和应用具有重要意义。
在陶瓷材料和塑料材料领域，晶粒度的评级也是非常重要的，对材料的强度、韧性、耐磨性等性能有着重要的影响。
因此，晶粒度评级标准的研究和应用具有重要的理论和实际意义。
综上所述，晶粒度评级标准是材料科学领域中非常重要的一个研究方向，对材料的性能研究和应用具有重要的意义。
通过对晶粒度评级标准的研究和应用，可以为材料的设计、制备和应用提供重要的理论和实验基础，推动材料科学领域的发展和进步。
希望本文所介绍的内容能够对相关领域的研究和应用提供一定的参考，促进晶粒度评级标准的进一步研究和应用。
第十二章晶粒尺度的测定及评级方法
一、原理概述
金属及合金的晶粒大小与金属材料的机械性能、 工艺性能及物理性能有密切的关系。
细 晶粒金属的材料的机械性能、工艺性能均比较好，它的冲击韧性和强度都较高，在热处理和 淬火时不易变形和开裂。
粒晶粒金属材料的机械性能和工艺性能都比较差， 然而粗晶粒金属 材料在某些特殊需要的情况下也被加以使用， 如永磁合金铸件和燃汽轮机叶片希望得到按一 定方向生长的粗大柱状晶， 以改善其磁性能和耐热性能。
硅钢片也希望具有一定位向的粗晶， 以便在某一方向获得高导磁率。
金属材料的晶粒大小与浇铸工艺、 冷热加工变形程度和退火 温度等有关。
晶粒尺寸的测定可用直测计算法。
掌握了这种方法也可对其它组织单元长度进行测定， 如铸铁中石墨颗粒的直径；脱碳层深度的测定等。
某些具有晶粒度评定标准的材料， 可通过与标准图片对比进行评定。
这种方法称为比较 法。
1 •直测计算法
（1）利用物镜测微尺寸出目镜测微尺（或毛玻璃投影屏上的刻尺）每一刻度的实际值。
选定物镜，并选用带有目镜测微尺的目镜。
将物镜测微尺置于样品台上，调焦、调节样 品台，使物镜测微尺的刻度与目镜测微尺 （或投影屏上的刻度尺）良好吻合（如图12-1所
示）。
图12-1目镜和物镜测微尺的校正 图12-2目镜测微尺的测量显示图
已知物镜测微尺的满刻度为 1mm ，共分为100格，则最小格为0.01mm 。
在这一物镜的 放大倍数下，物镜测微尺的 Y 格与目镜测微尺的 X 格（或投影屏上的刻度）相重合，则目镜 测微尺（或投影屏上）上的每一刻度格值即可求得：
例二：物镜测微尺的 30格和投影屏刻尺上的 30格重合，则:
（2）利用已知目镜测微尺的格值 （或投影屏格值）进行晶粒尺寸或其它组织单元长度的测
在得知格值后，可取掉物镜测微尺，放上被测样品，利用带有测微尺的目镜 （或将显微
图象投影到毛玻璃屏上）进行测量。
为了使测量结果更具代表性，在数出测微尺刻尺线段上 所交截的晶粒数后， 可旋转目镜，测定几个不可方向上的交截晶粒数， 最后求出晶粒的平均
格值二
Y 0.01
mm
例一：物镜测微尺的 10格和目镜测微尺上的 20格重合，则:
目镜测微尺的每一刻度格值 10 0.01
20
二 0.005mm
投影屏刻尺上的每一刻度格值
30 0.01
30
=0.01mm
直径（图12-2）。
xX 格值 d mm
式
中： n
d 晶粒平均直径；
x ――目镜测微尺上所占格数；
例：已知使用某一物镜时，目镜测微尺格值为 0.01mm ，在目镜测微尺上 60格内占有
的晶粒数为10个。
60 0.01
d 0.06mm
则： 10 2.钢的晶粒度测定（参考YB27-77） 名词解释
起始晶粒度 当钢加热到临界点 AC 1时，晶粒的尺寸急剧减小，珠光体向奥氏体转 变刚一结束时的细粘奥氏体晶粒，通常叫起始晶粒度。
奥氏体本质晶粒度一一当钢加热至 930C 和保温足够的时间所个有的奥氏体晶粒大小。
它表示钢的奥氏体晶粒在规定温度下长大的倾向。
实际晶粒度一一在交货状态下钢的实际晶粒大小， 及经不同热处理后，钢和零件所得到 的实际晶粒大小。
⑴ 用比较法测定钢的奥氏体 （本质）晶粒度 目前生产中，一般都采用比较法测定晶粒度， 在用比较法测定时， 应遵循下面的评定原 则：
a. 试样制好后，在100倍的显微镜下测定。
其视场直径为 0.80mm 。
b. 测定时，首先在显微镜上作全面观察，然后选择晶粒度具有代表性的视场与标准中 的1-8级级别图相比
较，确定试样晶粒度的级别。
c. 如果显微镜的放大倍数不是 100倍时，仍可按标准晶粒度级别图测定其晶粒度，随 后根据所选用的倍数按表 9-1换算成100倍时的标准晶粒度级别。
d. 标准图可用带8级晶粒度刻度毛玻璃屏为准。
表 12-1
数
（2）用弦计算法测定钢的晶粒度
当测量精度要求较高或当晶粒为椭园形时，可采用弦计算法测定，此时应遵守以下原则：
a. 先进行初步观察，以选择具有代表性的部位和适合的倍数，选择倍数时，先用 100 倍，当晶粒过大或过小时，可适当调定显微镜的倍数，以在 80mm 直径的视场内不少于 50
个晶粒为宜。
b. 将显微图象投影到毛玻璃屏上，计算被一条直线相交的晶粒数目，直线要有足够的 长度，以便使被一条直线相交截的晶粒数不少于 10个。
c. 计算时，直线端部未被完全交截的晶粒应以一个晶粒计算。
d. 最少应选择三个不同部位的三条直线来计算相截的晶粒数。
用相截的晶粒总数除以 选用直线的总长度（实际长度以毫米计），得出弦的平均长度（mm ）。
e. 用弦的平均长度查表 9-2确定钢的晶粒度。
f. 计算也可以在带有刻度的目镜上直接进行。
-2 0.713 0.650 0.5 2.8
-1 0.500 0.444 0.25 8
0 0.353 0.313 0.125 22.6
1 0.250 0.22
2 0.0625 64
2 0.177 0.157 0.0312 181
3 0.125 0.111 0.0156 512
4 0.088 0.0783 0.00781 1448
5 0.062 0.0553 0.00390 4096
6 0.044 0.0391 0.00195 11585
7 0.030 0.0267 0.00098 32381
8 0.022 0.0196 0.00049 92682
9 0.0156 0.0138 0.00024 262144
10 0.0110 0.0098 0.000122 741458
11 0.0078 0.0068 0.000061 2107263
12 0.0055 0.0048 0.000131 6010518
(3)测定非等轴晶粒时(扁园或伸长的)，沿试样的三轴线分别计算出各轴线方向每一毫米长度的平均晶粒数目。
每一轴线方向的平均晶粒灵敏，必须在不少于三条直线上求得。
由
试样三个轴线方向得出的每一毫米长度的平均晶粒数量值之积乘以晶粒扁园系数0.7,即可
求出每1mm3内的平均晶粒数。
再查表9-2确定其晶粒度。
n = 0.右』2出 3
式中：n ---- 每1mm3内平均晶粒数。
m --- a轴方向每一毫米长度平均晶粒数。
n2 --- b轴方向每一毫米长度平均晶粒数。
n3--- c轴方向每一毫米长度平均晶粒数。
0.7――晶粒扁园度系数。
3 •单相铜合金晶粒度的测定(参考YB797-71)
单相铜合金晶粒度的测定，通常用比较法，在有疑议时，可用直测计算法或面积计算法
校准。
(1)比较法
a.试样制备好后，在放在100倍显微镜下进行全面观察，选好有代表性的视场与标准
级别图比较，确定晶粒度，并且晶粒平均直径(mm)表示。
b.若晶粒度超过标准级别范围时，可在适当倍数下进行观察，再与标准级别图比较，然后再材料表12-3换算成标准晶粒度。
c.若晶粒不均匀，如有一种晶粒在视场内约占90%以上面积，则仅指出此种晶粒的晶
粒度即可。
否则，应计算不同大小晶粒各占的面积百分比。
表12-3
（2）又如放大倍数为 200时，粒度为0.013mm，则标准晶粒度为 0.025mm。
（2）直接计算法
将制备好的试样，在适当放大倍数下，进行全面观察，选好具有代表性的视场，投影到
毛玻璃上或摄成照片。
在其上沿三轴方向划三条线段，并量出此线段总长L（实际长度，mm）再仔细数出被此线段所交截的晶粒（若线段两端有未被完全截取的晶粒，则应以一个晶粒计算）的总数目N（不应少于100个）。
则得晶粒平均直径：
d — mm
NV
式中：V——放大倍数
（3）面积计算法
在保证计算面积内不少于50个晶粒的条件下，选好有代表性的视场，投影到毛玻璃上
或摄成照片，在其上划5000平方毫米的圆（也可小些），然后数出在此圆内晶粒数z再数出被圆周所交截的晶粒度n。
按下式计算出一个晶粒的平均面积a（mm）。
F K
(z 0.67 n)V2
式中：F K圆的面积。
V —放大倍数。
根据a值查表确定
晶粒度。
表12-4
一、实验目的
1 •学习晶粒尺寸及其它组织单元长度的基本测量方法。
2.了解钢和单相铜合金晶粒度测定方法标准。
二、实验器材
带毛玻璃投影屏的金相显微镜；物镜测微尺；目镜测微尺；供测量晶粒度用的单相铜合
金和钢样品；供比较法评定用的单相铜合金和钢的奥氏体晶粒度评定标准图片。
三、实验任务和步骤1．学习利用物镜测微尺标定目镜测微尺和毛玻璃投影屏刻度格值。
通过它们间的关系到确定显微镜物镜和显微镜的线放大倍数。
2．用直接计算法和弦计算法测量晶粒大小。
3．用比较法评定晶粒度级别。
四、实验报告内容1．简述测定晶粒大小的方法。
2•用25X物镜和带测微尺的10X目镜测定出目镜测微尺的格值关系。
3．用实验室提供的单相铜合金样品评定出其晶粒平均直径。
