金屬強韌化原理

1、1金屬材料強韌化的目的和意義？目的：A.節(jié)約材料，降低成本，節(jié)約貴重的合金元素的使用，增加材料在使用過程中的可靠性和延長服役壽命。B.希望所使用的材料既有足夠的強度，又有較好的韌性，但通常的材料二者不可 兼得。意義：在于理解材料強韌化機理、組織形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)與金屬的強度、韌性之間的確切 關(guān)系，以便找出適宜的冶金技術(shù)途徑來提高金屬的強韌性，使之達到新的水平或研究出 新的高強韌性的金屬。這是一個具有重大的理論意義和經(jīng)濟價值的研究開發(fā)領(lǐng)域。理解 材料強韌化機理，掌握材料強韌化現(xiàn)象的物理本質(zhì)，是合理運用和發(fā)展材料強韌化方法 從而挖掘材料性能潛力的基礎(chǔ)。金屬材料強韌化的主要機制有哪些？1）物理強韌化：所

2、謂物理強韌化是指在金屬內(nèi)部晶體缺陷的作用和通過缺陷之間 的相互作用，對晶體的力學性能產(chǎn)生一定的，進而改變金屬性能。2）化學強韌化：化學強韌化是指是元素的本質(zhì)決定的因素以及元素的種類不同和 元素的含量不同造成的材料性能的改變。3）機械強韌化：就是除了結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀方面的機械原因外，主要指界面作用 造成的強韌化。4）復合組織強韌化：即兩種或兩種以上的金屬組織復合在一起，其中有的組織強 度比較高，有的組織韌性比較高，復合后起到了既提高強度有提高韌性的作用。如何理解強化和韌化的關(guān)系強度是是在給定條件（溫度/壓力/應(yīng)力狀態(tài)/應(yīng)變速率/周圍介質(zhì)）下材料達到給定 變形量所需要的應(yīng)力，或材料發(fā)生破壞的應(yīng)力，

3、研究變形及斷裂是研究強度的重要手段 和過程。韌性是斷裂過程的能量參量，是材料強度與塑性的綜合表現(xiàn)，它是材料在外加負荷作用 下從變形到斷裂全過程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，則斷裂韌性愈高。一般情況下，材料的強度和韌性是不可兼得的，在提高金屬材料強度的同時塑性必 然會下降，反之，在改善金屬的塑性的同時，強度也會下降。目前，晶粒細化是提高金 屬強韌化的有效方法，金屬的晶粒變細后，強度提高，韌性又不顯著降低。試舉出3種最新強韌化技術(shù)方法的例子。1）細晶強化：它是常溫下一種有效的材料強化手段。細化晶粒可以提高金屬的強 度，其原因在于晶界對位錯的阻滯效應(yīng)。金屬的屈服強度與晶粒大小的關(guān)系滿足 Hall

4、-Petch關(guān)系:。y = %+kdd-i/2（ 和ky是兩個和材料有關(guān)的常數(shù)，d為晶粒直徑）， 但需要注意的是，在高溫下，材料的晶粒越小，其高溫強度越小；與常溫下的情況正好 相反。細晶強化的方法有：嚴重壓縮變形，等通道角擠壓，高壓扭轉(zhuǎn)等。2）形變強化：金屬材料具有加工硬化的性能，形變后流變應(yīng)力得到提高。形變強 化是因為金屬在塑性變形過程中位錯密度不斷增加，使彈性應(yīng)力場不斷增大，位錯間的 交互作用不斷增強，因而位錯的運動越來越困難。加工硬化的途徑有冷沖壓，冷變形等。 形變硬化不是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的強化方法，它受到兩個限制：a使用溫度不能太高，否則 由于退火效應(yīng)，金屬會軟化；b由于硬化會引起金屬脆

5、化，對于本來就很脆的金屬，一 般不宜利用應(yīng)變硬化來提高強度性能3）控軋控冷和軋后直接淬火，為了進一步提高金屬的強韌化水平，減少合金元素 的含量，哈發(fā)展了控制軋制和控制冷卻技術(shù)。4）“快速加熱淬火”：該工藝是把鋼件以較快的速度（200300C/min以上）加 熱至適當?shù)膴W氏體化溫度，作短時保溫后，獲得細小的奧氏體晶粒，淬火后（此時馬氏 體晶粒相應(yīng)細?。┎⒒鼗?。加熱速度越快，奧氏體形成溫度越高，則鋼形成的奧氏體含 碳量越低，淬火后的顯微組織為含碳量較低的隱晶馬氏體加均勻分布的細小粒狀碳化物， 回火后可獲得比普通淬火要高的強度和韌度。所謂隱晶馬氏體（又稱隱針馬氏體）是指 組織呈非常細微的針狀，采用光

6、學顯微鏡無法辨別晶界的一種馬氏體形態(tài)。這種馬氏體 多出現(xiàn)在感應(yīng)加熱淬火、高能束加熱淬火中，其硬度比普通馬氏體高23HRC。對高碳銘鋼（GCr15）進行快速加熱淬火可同時提高強度和韌度。有資料介紹： GCr15鋼采用快速加熱淬火與普通加熱淬火相比，強度提高了 1.5倍，韌度提高了 3倍。滲碳鋼經(jīng)滲碳后采用快速加熱淬火，可以在滲層獲得細小的奧氏體晶粒和降 低表層馬氏體的含碳量以及減少殘奧數(shù)量，從而提高強度和韌度。高碳鋼及滲碳鋼采用 快速加熱淬火能提高強度、韌度和疲勞壽命的原因是：熱處理后獲得了強韌兼優(yōu)的組織 形態(tài)。這種組織形態(tài)主要是：呈粒狀、細小均勻分布的未溶碳化物、碳含量較低的隱晶 馬氏體以及含有適量均勻