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合金元素對鋼材機械性能的影響(二)

發(fā)布時間：2011-10-12

1、金屬材料的強化方法

　　金屬材料的強化途徑，主要有以下幾個方面；
　　(1)結(jié)晶強化。結(jié)晶強化就是通過控制結(jié)晶條件，在凝固結(jié)晶以后獲得良好的宏觀組織和顯微組織，從而提高金屬材料的性能。它包括：
　　1） 細化晶粒。細化晶?？梢允菇饘俳M織中包含較多的晶界，由于晶界具有阻礙滑移變形作用，因而可使金屬材料得到強化。同時也改善了韌性，這是其它強化機制不可能做到的。
　　2） 提純強化。在澆注過程中，把液態(tài)金屬充分地提純，盡量減少夾雜物，能顯著提高固態(tài) 金屬的性能。夾雜物對金屬材料的性能有很大的影響。在損壞的構(gòu)件中，?？砂l(fā)現(xiàn)有大量的夾雜物。采用真空冶煉等方法，可以獲得高純度的金屬材料。
 
　　(2)形變強化。金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強度。這是由于材料在塑性變形后位錯運動的阻力增加所致。
 
　　(3)固溶強化．通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使金屬材料得到強化稱為固溶強化。
 
　　(4)相變強化。合金化的金屬材料，通過熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強化，稱為相變強化。
　　相變強化可以分為兩類：
　　1) 沉淀強化(或稱彌散強化)。在金屬材料中能形成穩(wěn)定化合物的合金元素，在一定條件下，使之生成的第二相化合物從固溶體中沉淀析出，彌散地分布在組織中，從而有效地提高材料的強度，通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金鋼(低合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金熱強鋼)中，沉淀相主要是各種碳化物，大致可分為三類。一是立方晶系，如TiC、V4C3，NbC等，二是六方晶系，如M02、W2C、WC等，三是正菱形，如Fe3C。對低合金熱強鋼高溫強化最有效的是體心立方晶系的碳化物。
　　2) 馬氏體強化。金屬材料經(jīng)過淬火和隨后回火的熱處理工藝后，可獲得馬氏體組織，使材料強化。但是，馬氏體強化只能適用于在不太高的溫度下工作的元件，工作于高溫條件下的元件不能采用這種強化方法。
 
　　(5)晶界強化。晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫時，晶界阻礙了位錯的運動，因而晶界強度高于晶粒本身；但在高溫時，沿晶界的擴散速度比晶內(nèi)擴散速度大得多，晶界強度顯著降低。因此強化晶界對提高鋼的熱強性是很有效的。
　　硼對晶界的強化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界區(qū)域的晶格缺位和空穴減少，晶界自由能降低；硼還減緩了合金元素沿晶界的擴散過程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界狀態(tài)，加入微量硼、鋯或硼+鋯能延遲晶界上的裂紋形成過程；此外，它們還有利于碳化物相的穩(wěn)定。
 
　　 (6)綜合強化。在實際生產(chǎn)上，強化金屬材料大都是同時采用幾種強化方法的綜合強化，以充分發(fā)揮強化能力。例如：
　　1）固溶強化十形變強化，常用于固溶體系合金的強化。
　　2）結(jié)晶強化+沉淀強化，用于鑄件強化。
　　3）馬氏體強化+表面形變強化。對一些承受疲勞載荷的構(gòu)件，常在調(diào)質(zhì)處理后再進行噴丸或滾壓處理。
　　4）固溶強化+沉淀強化。對于高溫承壓元件常采用這種方法，以提高材料的高溫性能。
　　有時還采用硼的強化晶界作用，進一步提高材料的高溫強度。
　　
2、合金元素對正火(或退火)狀態(tài)鋼機械性能的影響
 
　　正火狀態(tài)下鋼有鐵素體和珠光體組織。合金元素不僅影響鋼材的強度，同時也影響其韌性。
　　
3、合金元素對調(diào)質(zhì)鋼機械性能的影響
 
　　合金元素對調(diào)質(zhì)鋼機械性能的影響，主要是通過它們對淬透性和回火性的影響而起作用的。主要表現(xiàn)于下列幾方面。
　　(1) 由于合金元素增加了鋼的淬透性，使截面較大的零件也可淬透，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下可獲得綜合機械性能優(yōu)良的回火索氏體。
　　(2) 許多合金元素可使回火轉(zhuǎn)變過程緩慢，因而在高溫回火后，碳化物保持較細小的冪顆粒，使調(diào)質(zhì)處理的合金鋼能夠得到較好的強度與韌性的配合。
　　(3)高溫回火后，鋼的組織是由鐵素體和碳化物組成，合金元素對鐵素體的固溶強化作用可提高調(diào)質(zhì)鋼的強度。