材料加工组织性能控制(第一二章)详解.ppt

铁素体一珠光体钢有下述形式的Hall-Petch关系式： 式中?i?和?p分别表示完全为铁素体和完全为珠光体时的 内摩擦应力；f?和fp分别表示铁素体和珠光体的体积分数 （f?+fp=1）；d为铁素体晶粒直径。 铁素体-珠光体钢中Mn、Si含量对屈服强度的影响： 铁素体晶粒细化，可以提高屈服强度(d与 比较 )； 晶界是位错运动的障碍，细化晶粒可使材料的屈服强度提 高。 晶界强化对强度的影响： 晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒愈细，裂纹扩展临界应力?c愈大，材料的韧性愈高。 晶界强化对塑性的影响： 晶界可把塑性变形限定在一定的范围内，使变形均匀化，因此晶粒细化也可以提高材料的塑性。 晶界强化对韧性的影响： 亚晶界：晶内界面，晶粒内取向差在几度范 围的各个小区域。 形成条件：①在奥氏体未再结晶区或奥氏体、 铁素体两相区变形；②冷变形后低温回火。 强化原因：亚晶本身是位错墙，亚晶细小，位 错密度也高。强化作用方面与晶界具有类似的性 质。 只有晶界强化机理才能使材料强化的同时又使材料的韧塑性提高，所以细化晶粒就成为控制轧制工艺的基本目标。 2.4 亚晶强化 对强度的影响： 式中?i、K分别是Hall-Petch公式的单晶体的屈服 强度和晶界强化系数；D：没有亚晶的等轴铁素 体尺寸；d：铁素体亚晶的尺寸；fF：等轴铁素体 的分数。 定义：第二相质点沉淀时，沉淀相在基体中造成 应力场，应力场与运动位错之间的交互作用。 沉淀强化（时效强化）： 弥散强化： 2.5 沉淀强化 2.5.1 沉淀析出条件 固溶度随温度的降低而减少。 过时效： 图 2-17 可能出现沉淀强化的合金系 （1）切过第二相的强化机理 条件：第二相比较细小，与基体存在共格关系。 强化原因：1）；2）；3） 2.5.2 沉淀强化机理 位错切过第二相质点后增加的相界面 (2) 绕过第二相的强化机理 条件： 位错绕过第二相质点时的过程示意图 影响沉淀强化的因素：沉淀相的部位、形 状。 沉淀颗粒分布在整个基体上好于分布在晶 界上；颗粒形球状比片状更有利于强化。 形变热处理产生强化的原因： 特点： (1) 强化相质点是通过机械混合，压制烧结 到基体中去的。没有沉淀析出过程。 (2) 第二相在 基体中一般溶解度都很小，甚至在高温下。所以很 稳定，不易长大。 (3) 第二相与基体没有共格关系。 (4)弥散强化合金不要求随温度降低固溶体的溶解 度要降低的限制，可以设计大量的弥散合金系统。 机理：绕过理论 2.5.3 弥散强化 （1）沉淀相的体积比越大，强化效果越显著， 因此必须提高基体的过饱和度。 （2）第二相质点弥散度越大，强化效果越好。 共格第二相比非共格第二相的强化效能大。 （3）第二相质点对位错运动的阻力越大，强化 效果越大。 沉淀和弥散强化总结： (1)沉淀强化对裂纹扩展所需要的临界应力?c值影 响不大，使脆性转化温度升高。铁素体晶粒内析 出的质点阻碍位错运动，使材料塑性降低。(2)微 合金钢中Nb、V、Ti的作用： 沉淀强化对塑性及韧性的影响： 马氏体、贝氏体强化。 强化机理（碳原子固溶强化）： (1) 马氏体点阵为碳所固溶强化。 发生的变化包括：1）碳原子的数量；2）点阵 类型；2）碳原子在晶格中的位置。 结果： (2)马氏体转变过程中晶粒得到细化。 原因：马氏体与奥氏体的比容不同?体积膨胀 ?产生内应力?形成细小孪晶。 2.6 相变强化 (3)位错密度增加。 原因： (4)马氏体变形时，有时会发生过饱和固溶体的分解，析出新相，从而阻碍位错运动。 碳原子固溶强化是马氏体最基本的强化机制。 相变强化对塑性、韧性的影响： 马氏体的形成?材料的强度? ? ；材料的淬火状态造成了很高的内应力?韧性? ? 。回火处理可不同程度的除内应力而恢复部分韧性。 强化机制总结： 多晶体的屈服强度在单相铁素体组织的情况下可 用Hall-Petch公式表示： σy=σo+ky·d-1/2 （1） d：晶粒大小；ky：常数；σo：基体强度， σo：由晶格强化、固溶强化、位错强化、淀强 化等几部分组成。 存在有织构强化σtext、亚晶强化σsub等强化项的 情况下（1）式变成： σy=σo+ky·d-1/2+σtext+σsub （2） 冷脆系数K： ?TK：某一变化条件下脆性转化温度的变化值； ??S：同一变化条件下屈服强度的变化值。 K0：有提高脆性断裂的倾向。 强化因素 强度 塑性 固溶强化