变质前后的力学性能见下表：
σb/MPa σs/MPa δ/ % ψ/ %
变质前 342 变质后 398
195 23.1 56.8 335 14.2 82.7
变质元素：合金
文献：Ai-Ti-C中间合金对Mg-Al合金组织 细化作用
d=1.5mm
d=300μm
如图所示，未加入Ai-Ti-C AZ61合金的晶 粒为粗大树枝晶，平均尺度约为1.5mm;
σy=σ0 + Kd-1/2
可知晶粒越细小强度越高。
（2）超塑性
一般材料晶粒达到微米级后，在一定的温 度、应力和应变速率下拉伸时，还会出现超塑 性现象，超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、 20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断 裂 ，越来越多的研究表明:具有亚微米乃至纳 米级超细晶的材料有可能在更低的温度下实现 超塑性，或者使超塑变形速率得到大幅度提高。
（a）未加处理
团状或块状
（b）电磁搅拌
在常规砂型铸造条件下, 过共晶Al-24 %Si 合金的 显微组织由初生Si和共晶体组成, 绝大部分初生Si 呈粗 大的板片状, 少量初生Si 呈多角块状,如图(a) 所示。 若在过共晶Al-24 %Si 合金凝固过程中对其施加强烈的 电磁搅拌, 初生Si 的大小得到明显细化, 初生Si 的形 貌得到明显改善, 绝大部分初生Si 呈球团状或块状, 尖 角已经圆钝, 只有个别初生Si 呈短片状, 如图(b) 所示, 浅灰色球团状物为初生Si , 白色球状物为先共晶α-Al。
文献：过冷DD3单晶高温合金凝固组织 细化
本文在实验所能达到的范围内，DD3高温合金发 生了三次明显的组织转变。当过冷度小于30K时，较小 过冷度下的枝晶自由生长促使合金凝固成发达的粗枝 晶，枝晶粗化现象加剧。当过冷度为30-78K时，得到 第一类粒状组织，其晶粒度约为60微米;当过冷度为78153K时，得到高度发达的细密枝晶组织，且随过冷度 的增加，枝晶细化;当多冷度大于153K时，枝晶发生第 二类粒化，并且与180K得到完全粒化的准球晶粒。
文献：稀土变质元素对超低碳钢铸态晶粒 细化组织的研究
通过稀土元素加入超低碳钢中，研究 发现加入稀土元素后，基体中增加了大 量的高熔点化合物，经电子探针分析发 现为Ce2O3，它为非均匀形核的核心，增 加了液固相变位置形核位置，使铸态组 织尺度明显减小，材料性能得到提高。
由下图可见，变质处理使超低碳钢组织颗粒尺度明显 减小
理论上: P(t)=k（N/v）4/
P(t) : 晶核数 k : 常数 N : 形核率 v : 形核速度
由上式可知，形核率N越大，晶粒越细小。而同 一材料的N和v都取决于过冷度，因N∝exp(-1/ΔT2), 而连续长大时v∝ΔT ; 螺型位错长大时，v∝ΔT2。由 此可见，增加过冷度，N迅速增大，且比v更快，因 此，在一定凝固条件下，增加过冷度可使凝固后的 晶粒细化。
DD3单晶高温合金在中等过冷度下组织演变 （a）105K（b）130K（c）145K
当多冷度大于153K时，枝晶发生第二类粒化，并 且与180K得到完全粒化的准球晶粒。
DD3单晶高温合金在第一类粒化中组织演变过程 （a）153K （b）170K （c）180K (d)(e)210K
二 变质处理
由式P(t)=k（N/v）4/3 可知形核率N与晶 粒尺度d成反比，所以增加形核率也是细 化晶粒的一种方法。 而变质剂为熔液非均匀形核提供了形核 质点，可以增加形核率。
不同功率搅拌下的显微组织 （a）—（d）功率渐增
（a）
板片状Si尖角变钝
（b）
（c）
（d）
在较小的电磁搅拌功率下, 合金熔体搅拌的程度很 低, 其组织变化也不大, 初生Si 的大小和形态与常规 凝固的区别不大, 如图(a) 所示。在较大的电磁搅拌功 率下,合金熔体搅拌的程度提高, 板片状的初生Si 变 短, 尖角变钝, 如图(b) 所示。进一步加大电磁搅拌功 率,合金熔体搅拌的程度更高, 板片状的初生Si 发生显 著变化, 粗大的板片状初生Si 消失, 代之一较细小的 球团状或块状和个别的短片状初生Si ,初生Si 的尖角 变得更加圆钝, 如图(c) , (d) 所示。
(3) 良好的抗腐蚀能力和耐磨损能力;
(4) 能阻止裂纹的传播和扩展，具有较高的断裂 韧性;
(5) 超细晶材料低温时具有很高的延展性能和屈 服性能，高温超塑性显著高于传统的超塑性材 料，可以在低温和高应变速率下实现超塑成形。
晶粒细化的方法
增加过冷度 变质处理 机械振动 热处理
一 增加过冷度
当过冷度小于30K时，较小过冷度下的枝晶自由生 长促使合金凝固成发达的粗枝晶，枝晶粗化现象加剧。
（a）0K
（b）25K
当过冷度为30-78K时，得到第一类粒状组织，其晶粒 度约为60微米
DD3单晶高温合金在第一类粒化中组织演变过程 （a）30K （b）55K （c）78K
当过冷度为78-153K时，得到高度发达的细密枝晶组 织，且随过冷度的增加，枝晶细化。
分类： 1. 电磁搅拌 2. 脉冲电流 3. 机械搅拌 4. 超声振动
……
电磁搅拌： 电磁搅拌Al-24%Si合金的显微 组织
在常规凝固条件下，Al-24%Si中初生 Si为粗大的板片状。经过激烈的电磁搅拌， 初生Si得到明显的细化，分布均匀。搅拌 功率越大，Si越细小和圆整。
粗大板片状
加入Ai-Ti-C后晶粒变细小，晶粒平均尺 度约为300μm。同时，加入Ai-Ti-C后， 一次枝晶间夹角仍为60°。
三 振动方法
目前很多学者认为，振动使枝晶破 碎，这些碎片有可作为结晶核心，使形 核增值。但当过冷液态金属在晶核出现 之前，在正常的情况下并不凝固，可是 当它受到剧烈振动时，就开始结晶，该 动力学形核机制还不清楚。
细化晶粒对铸造组织的影响
小组成员： 伏洪旺 苗龙 李鹏超 钟德水
报告内容
晶粒细化的优点 晶粒细化的方法 文献中对细化方法的实现 其它细化晶粒的方法
晶粒细化的优点
（1）机械性能
对于晶粒尺寸从几到几百微米的普通晶体 材料，强度与硬度依赖于平均晶粒尺寸，常 规多晶体材料的强度(或硬度)随晶粒尺寸的变 化通常服从Hall一Petch关系: