摘要：本文主要介紹了標準GB/T 6394-2002金屬平均晶粒度測定方法,簡述了比較法、面積法、截點法三種晶粒度評判方法。并結合平時工作經驗簡述一些常見金屬的平均晶粒度顯示方法，以及實際應用中改善晶粒大小從而改善材料力學性能的手段。

關鍵詞：金屬平均晶粒度；比較法；面積法；截點法；

前言

晶粒度是指晶粒大小的量度。通常使用長度、面積、體積或晶粒度級別來表示不同方法評定或測定的晶粒大小，而使用晶粒度級別數表示的晶粒度與測量方式和計量單位無關。一般情況下晶粒越細小力學性能也很好，，因為晶粒越小，晶界越多。晶界處的晶體排列順序是嫉妒不規則的，晶面犬牙交錯，相互咬合，因而加強了金屬間的結合力。 一般來說，晶粒越細小，金屬材料的強度和硬度越高，塑性和韌性也越好，通常情況下，材料晶粒越細越好。但有些情況下，反而晶粒越粗大越好。材料的晶粒度很大程度的影響著材料的力學性能，在實際生產中可以通過熱處理等方法改變晶粒度從而改變金屬材料的性能。

1 金屬平均晶粒度測定方法  

1.1 取樣 

測定晶粒度用的試樣應在交貨狀態材料上切取。試樣的數量及取樣部位按相應的標準或技術條件規定。必要時，有代表性的表面應該與客戶協商確定，標明在圖上或用適當的標記標明在樣品上。切割時，鍍層及基體應保證其原有完整性，避免測試部位及導致樣品受到損傷。

1.1.2 切取試樣應避開剪切、加熱影響的區域。不能使用有改變晶粒結構的方法切取試樣。

1.1.2 晶粒度的試樣不允許重復熱處理。

1.1.3 滲碳層處理用的鋼材試樣應去除脫碳層和氧化層。

1.2 研磨、拋光

研磨應依次用180#、800#、1200#、2400#砂紙研磨樣品直到磨至檢測位置。研磨通常使用的轉速為200~300rpm，在進行不同目數砂紙研磨時樣品應旋轉90度，將上一道的粗磨痕完全去除掉。拋光依次用6 μm、3μm、0.05um拋光盤以及對應的拋光液進行拋光。

1.3 浸蝕

為使晶粒顯現出來，需用適當的腐蝕液浸蝕。有些材料的晶界難以清晰的顯現出來，需反復拋光反復腐蝕。如圖1所示為本人做過的一種刀頭產品，材料為20CrNiMo，腐蝕液為煮沸的飽和苦味酸溶液，經過十幾次的反復腐蝕反復拋光，才讓其晶界顯示出來，在飽和的苦味酸溶液中需加入1-2ml洗潔精，洗潔精在這里起到了緩沖劑的作用，有利于晶界的顯示。反復拋光的過程中需采用軟，滑的拋光布，以免破壞晶界,并需反復在顯微鏡下進行觀察。

圖1

1.4晶粒度測定方法

1.4.1 比較法

比較法不需計算晶粒、截點和截距。與標準系列評級圖進行比較，評級圖為標準掛圖或目鏡插片。用比較法評估晶粒度時一般存在一定的偏差(±0.5級)。評估值的重現性與再現性通常為±1級。比較法適用于評定具有等軸晶粒的再結晶材料或鑄態材料。

1.4.2 面積法

面積法是計算已知面積內晶粒個數，利用單位面積晶粒數來確定晶粒度級別數G，該方法通過合理計數可實現±0.25級的精確度。面積法的測定結果是無偏差的，重現性小于±0.5級。

面積法在顯微圖片或毛玻璃屏幕上顯示的金相圖片上刻畫一個已知面積的圓或矩形（一般5000mm2的面積比較方便計算)，選擇一個至少能截獲50個晶粒的放大倍數。圖像調好焦后，計算落在給定面積內的晶粒個數。在使用選定的放大倍數下，給定面積內的晶粒個數包括完全落在給定面積內的晶粒個數和與給定面積圖形相交截的晶粒個數的二分之一，將總晶粒個數乘以JEFFRIES乘數f，乘積就是每平方毫米面積內的晶粒數，計算3個區域的平均值。放大X倍每平方毫米面積內晶粒數，由以下公式計算出：

為了能夠獲得測試環內晶粒的數目和測試環上相交的晶粒數目，有必要用油筆或鋼筆在模板上的晶粒做記號。在測量環中晶粒的數目不能超過100，否則計算會變得復雜且不準確。經驗表明選擇一個倍數使視野中包含50個晶粒左右為最佳。由于面積法需要在晶粒上做記號以獲得準確的計數，所以面積法比截點法效率低。

1.4.3 截點法

截點法是我們運用最廣，最高效的測試方法。截點法測平均晶粒度是通過計算一條或更多條至少能獲得50個截點長度的直線與晶粒的截點數獲得的。選擇合適的測量線長度和放大倍數，以至保證檢測視場內包含要求的截點數，并能使檢測視場內的晶粒度級別數非常接近標準晶粒度級別數。為了獲得合理的平均值，應任意選擇3~5個視場進行測量。如果這一平均值的精度不滿足要求時，應增加足夠的附加視場，獲得要求的精確度。如圖2所示為截點法測晶粒度的的演示。截距與截點數的比值即晶粒間的平均截距，再對照GB/T 6394-2002中的評級表便可進行晶粒度評級。

圖2

2 影響金屬平均晶粒度的因素

在生產工藝中經常為了得到更好的晶粒組織會加入合金元，采取一些如熱處理等方法來改善晶粒的大小，從而改變金屬平均晶粒度的值。例如,鋁中加人少量錳可顯著提高鋁的晶粒大小,但加人鋅和銅時,加入量即使較大,影響也較微弱.這與錳生成阻礙晶界遷移的彌散質點MnA1有關。一般來說晶粒都會隨退火溫度的增高而粗化,這是因為實際退火時都已發展到晶粒長大階段,這種粗化實質上是晶粒長大的結果.退火溫度愈高,再結晶完成所需時間愈短,在相同保溫時間下,晶粒長大時間更長,高溫下晶粒長大速率也愈快,因而最終得到粗大的晶粒。 回火的時間也會很大程度上影響金屬晶粒的大小，一般來說回火時間不宜太長，如圖3，圖4所示為本人在測試中接觸的一種牌號為SUS436L的鐵素體不銹鋼，圖3位850℃ 回火3秒的晶粒圖，圖4為850℃ 回火10秒的晶粒圖。很明顯回火時間為10秒的組織晶粒更加粗大。

圖3

圖4

3 總結

金屬平均晶粒度測試在生產生活中具有重要意義，也是檢驗金屬材料力學性能的理論支撐。通過金屬平均晶粒度的測定也可以較為準確的判斷生產中的熱處理工藝，強化效果是否達到理想效果。在平時測試中，我們需認真學習晶粒度測試的相關標準，改善測試方法，減小誤差，理論與實踐相結合，要經常將測試結果與理論和生產相聯系，做到測試高效、準確。

4 參考文件

ASTM E112-2012 平均晶粒度測定的標準方法

GB/T 6394-2002 金屬平均晶粒度測定方法

YS/T 347-2004 銅及銅合金平均晶粒度測定方法

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