鋼鐵材料中第二相1

1、1CISRI鋼鐵材料中的第二相鋼鐵材料中的第二相2006年8月2CISRI鋼鐵材料中的第二相鋼鐵材料中的第二相第一章第一章 概述概述2006年8月主要內(nèi)容主要內(nèi)容鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式對鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式對塑韌性的影響及脆化矢量塑韌性的影響及脆化矢量鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式與鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式與鋼鐵材料的抗拉強度鋼鐵材料的抗拉強度鋼鐵材料中第二相的作用及意義鋼鐵材料中第二相的作用及意義主要內(nèi)容主要內(nèi)容鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式對鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式對塑韌性的影響及脆化矢量塑韌性的影響及脆化矢量鋼鐵材料的各種

2、顯微缺陷強化方式與鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式與鋼鐵材料的抗拉強度鋼鐵材料的抗拉強度鋼鐵材料中第二相的作用及意義鋼鐵材料中第二相的作用及意義材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ) 材料、能源、信息構(gòu)成人類文明，而材料是基礎(chǔ)材料、能源、信息構(gòu)成人類文明，而材料是基礎(chǔ) 任何物質(zhì)只要能為人類經(jīng)濟(jì)地使用，就成為材料任何物質(zhì)只要能為人類經(jīng)濟(jì)地使用，就成為材料 結(jié)構(gòu)材料是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料是基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 人類社會的發(fā)展是以結(jié)構(gòu)材料作為基礎(chǔ)標(biāo)志的人類社會的發(fā)展是以結(jié)構(gòu)材料作為基礎(chǔ)標(biāo)志的 舊石器時代舊石器時代 新石器時代（陶器）新石器時代（陶器） 銅器時代銅器時代 鐵器時代鐵器時代6結(jié)構(gòu)材料的性能要

3、求結(jié)構(gòu)材料的性能要求1 1穩(wěn)定的形態(tài)（溫度、濕度、外力作用下穩(wěn)定）穩(wěn)定的形態(tài)（溫度、濕度、外力作用下穩(wěn)定） 較高的剛度（排除了氣體和液體）較高的剛度（排除了氣體和液體） 較高的承載能力（屈服強度與斷裂強度，抗拉、抗較高的承載能力（屈服強度與斷裂強度，抗拉、抗壓、抗彎、耐磨、抗疲勞，輕量化要求如高層建筑、壓、抗彎、耐磨、抗疲勞，輕量化要求如高層建筑、運輸工具）運輸工具） 溫度穩(wěn)定性（低溫、熱強性）溫度穩(wěn)定性（低溫、熱強性） 環(huán)境介質(zhì)作用穩(wěn)定性（耐候性）環(huán)境介質(zhì)作用穩(wěn)定性（耐候性）7結(jié)構(gòu)材料的性能要求結(jié)構(gòu)材料的性能要求2 2 安全性安全性 韌性（沖擊載荷作用下吸收能量）韌性（沖擊載荷作用下吸收能量

4、） 屈強比（需要深入研究）屈強比（需要深入研究） 耐溫（不同使用條件下有不同要求，如低溫鋼、耐耐溫（不同使用條件下有不同要求，如低溫鋼、耐火鋼）火鋼） 耐蝕（不同使用條件下有不同要求，如耐候鋼、耐耐蝕（不同使用條件下有不同要求，如耐候鋼、耐海水腐蝕鋼、耐酸鋼）海水腐蝕鋼、耐酸鋼） 自我修復(fù)（如加工硬化）自我修復(fù)（如加工硬化）8結(jié)構(gòu)材料的性能要求結(jié)構(gòu)材料的性能要求3 3 易于成型和加工易于成型和加工 不同結(jié)構(gòu)要求不同的形狀不同結(jié)構(gòu)要求不同的形狀 流態(tài)成型（鑄造、沉積）流態(tài)成型（鑄造、沉積） 半固態(tài)成型（帶液芯軋制或帶液芯鍛造）半固態(tài)成型（帶液芯軋制或帶液芯鍛造） 固態(tài)成型（壓力加工：熱加工與冷加

5、工）固態(tài)成型（壓力加工：熱加工與冷加工） 固態(tài)成型（機(jī)械切削加工：反復(fù)軟化與硬化）固態(tài)成型（機(jī)械切削加工：反復(fù)軟化與硬化） 連接成型（焊接、粘合、機(jī)械結(jié)合、復(fù)合、涂飾）連接成型（焊接、粘合、機(jī)械結(jié)合、復(fù)合、涂飾）9結(jié)構(gòu)材料的性能要求結(jié)構(gòu)材料的性能要求4 4生產(chǎn)成本低廉且能大規(guī)模生產(chǎn)生產(chǎn)成本低廉且能大規(guī)模生產(chǎn) 資源豐富且易于開采資源豐富且易于開采 接近自然平衡態(tài)（硅酸鹽材料具有特殊優(yōu)勢）接近自然平衡態(tài)（硅酸鹽材料具有特殊優(yōu)勢） 滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求（生產(chǎn)工藝技術(shù)、成型工藝技滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求（生產(chǎn)工藝技術(shù)、成型工藝技術(shù)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)、性能提高的工藝技術(shù)等）術(shù)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)、性能提高的工藝技

6、術(shù)等）10結(jié)構(gòu)材料的性能要求結(jié)構(gòu)材料的性能要求5 5 舒適性與裝飾性舒適性與裝飾性 現(xiàn)代要求且是發(fā)展趨勢現(xiàn)代要求且是發(fā)展趨勢 表面質(zhì)量與涂裝表面質(zhì)量與涂裝 金屬光澤與抗氧化金屬光澤與抗氧化 抗震降噪隔熱抗震降噪隔熱 色彩（如彩鋼）色彩（如彩鋼） 特殊性能（如抗菌、手感）特殊性能（如抗菌、手感）11主要結(jié)構(gòu)材料主要結(jié)構(gòu)材料 硅酸鹽材料硅酸鹽材料 木材與塑料木材與塑料 鋼鐵材料鋼鐵材料 有色金屬有色金屬 其他其他12鋼鐵材料的特點鋼鐵材料的特點l 資源豐富資源豐富 地殼豐度地殼豐度5 5，位居第四位居第四l 成本廉成本廉價價 大部分鋼材大部分鋼材的售價在的售價在30003000元元/ /噸噸l 高

7、回收高回收率率9595的鋼鐵的鋼鐵材料可回收材料可回收13鋼鐵材料的特點 固態(tài)多形性相變使得性能可大幅改變 性能優(yōu)良且多樣 強度和韌度 耐腐蝕性能 耐磨性能 低溫性能 特殊功能14世界和我國粗鋼產(chǎn)量0 02002004004006006008008001000100012001200production, millionproduction, millionmetric tonsmetric tons19801980 19901990 19921992 19941994 19961996 19981998 20002000 20022002 20042004ChinaChinaWorldWor

8、ld15顯微缺陷組織 點缺陷：空位、間隙原子、固溶原子（置換固溶、間隙固溶） 線缺陷：位錯 面缺陷：晶界、相界、表面 體缺陷：第二相、夾雜物16提高鋼鐵材料性能的方法 研制無缺陷材料 低維材料如超細(xì)粉體（零維材料）、薄膜（一維材料）、纖維（二維材料），強度基本達(dá)到理想晶體理論強度，但由于生產(chǎn)成本和工藝限制了無缺陷材料的普及。 顯微缺陷強化技術(shù) 在材料中大量“制造”顯微缺陷并使之合理分布，利用這些顯微缺陷與位錯或微裂紋的相互作用有效阻止材料中不可避免地存在的位錯的運動或微裂紋的擴(kuò)展，從而使材料強化。17位錯與顯微缺陷作用及強化方式顯微缺陷強化的效果隨各種顯微缺陷的量的增加而增大，要想大幅度提高材

9、料的強度，就必須在材料中大量地“制造”顯微缺陷，以缺陷制缺陷 18常見強化工藝機(jī)理 馬氏體強化：碳間隙固溶強化、孿晶界強化、相變位錯強化，低溫回火后-碳化物沉淀強化 應(yīng)變硬化：位錯強化 時效硬化：實質(zhì)上是第二相強化，但多用金屬間化合物19鋼鐵材料的強度的發(fā)展 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 純鐵單晶 固溶微量碳的鐵素體 細(xì)化晶粒后的鐵素體 冷加工硬化低碳鋼 共析鋼(珠光體) 共析鋼(貝氏體) 低合金馬氏體鋼 形變處理馬氏體鋼 冷拉鋼絲 理想強度 鋼鋼 鐵鐵 種種 類類 強度， MPa 待發(fā)展 采用不同的缺陷強化機(jī)制，可以

10、使材料的強度提高，通過位錯強化方式，可以使冷拉鋼絲的強度達(dá)到5000MPa以上 20位錯點陣阻力 位錯運動的點陣阻力，即P-N力P：)4exp(12PbG)1 ( 2d21位錯點陣阻力 位錯寬度增加將使P-N力降低，因而刃位錯較螺位錯的P-N力低而更容易滑移 位錯柏矢量絕對值減小及位錯滑移面間距的增大將使P-N力降低，因而位錯總是在密排面上沿密排方向滑移 fcc和hcp晶體較bcc晶體在密排面上的原子排列更緊密，因而fcc和hcp晶體的P-N力較低而體心立方點陣的晶體的P-N力較高22一些金屬晶體在室溫的P實驗測定值（MPa）金屬AlCuAgAuNiFeMgZnCdSnBiP1.8 1.0 0

11、.60.95.7 28.4 0.8 0.9 0.6 1.3 2.2體心立方金屬Schmid位向因子M為2，故鐵的P-N力約為56.8MPa面心立方金屬Schmid位向因子M為3.1，故銅的P-N力約為3.1MPa，鎳的P-N力約為17.7MPa23固溶強化 溶質(zhì)原子進(jìn)入基體晶體點陣中，將使晶體點陣發(fā)生畸變，畸變產(chǎn)生一彈性應(yīng)力場，與位錯周圍的彈性應(yīng)力場將發(fā)生模量相互作用、電相互作用、層錯相互作用、有序化相互作用以及形成氣團(tuán)釘扎位錯，這些作用將導(dǎo)致位錯運動的阻力增大從而使材料強化。 鋼鐵材料中固溶強化強度增量與固溶原子量的大致變化關(guān)系 24固溶強化 強固溶強化元素固溶強化強度增量 : 弱固溶強化元

12、素固溶強化強度增量: 2/1CCCkYSMMMkYS25固溶強化效果 C、N間隙固溶強化是鋼中最經(jīng)濟(jì)有效的強化方式，強化系數(shù)高達(dá)4570MPa/1%，0.2%提供強度增量約900MPa，0.8%提供強度增量約1800MPa 大多數(shù)置換固溶元素的固溶強化是很不經(jīng)濟(jì)的強化方式，強化系數(shù)多在100 MPa/1%以內(nèi)（P的特殊性） 只有處于固溶態(tài)的部分才能產(chǎn)生固溶強化作用26位錯強化 位錯強化 滑移位錯運動時，鄰近的其他位錯將與之產(chǎn)生各種交互作用，使其運動受阻從而產(chǎn)生強化。 位錯強化是鋼鐵材料中目前最有效的強化方式。 常通過塑性變形和固態(tài)相變來獲得高的位錯密度。 位錯強化理論 林位錯理論即長程應(yīng)力場理

13、論、纏結(jié)位錯網(wǎng)長度理論、位錯塞積理論、位錯交截理論、割階理論等。 27位錯強化2/1D2GbYS體心立方晶體的大致在0.4-0.5之間位錯密度： 正火態(tài)鋼鐵材料 107/mm2的數(shù)量級 低碳位錯馬氏體中 表面冷變形強化的鋼鐵材料 劇烈冷加工態(tài)鋼鐵材料 可高達(dá)51010/mm2，108-109/mm2的數(shù)量級28位錯強化效果 退火態(tài)：6.420.3 MPa 正火態(tài)：64MPa 低碳位錯馬氏體或表面冷變形強化：203641MPa 劇烈冷加工態(tài)：最高4529MPa （目前人們獲得的最高強度就是在冷拉鋼絲中通過劇烈冷加工得到） 問題：位錯密度測定或估算？ 29細(xì)晶強化 細(xì)晶強化 細(xì)化晶粒使晶界所占比例

14、增高而阻礙位錯滑移產(chǎn)生強化。細(xì)晶強化是各種強化機(jī)制中唯一使材料強化的同時并使之韌化的最為有利于鋼鐵材料強韌化的方式 。 晶粒細(xì)化和強度增量YSG與晶粒尺寸的關(guān)系常用Hall-Petch公式表示：2/1yGDkYS屈服強度與晶粒尺寸的Hall-Petch關(guān)系 30細(xì)晶強化效果 系數(shù)ky約為17.4MPamm1/2 傳統(tǒng)熱軋或正火鋼材的晶粒度在68級之間，晶粒尺寸2040m，即7.075 mm-1/2 ，強化增量為12387MPa 工業(yè)化生產(chǎn)的超細(xì)晶鋼晶粒尺寸達(dá)5m，即14 .14mm-1/2 ，強化增量為246MPa 實驗室控制水平可達(dá)1m，即31.62mm-1/2 ，強化增量為550MPa31

15、第二相強化 第二相強化 細(xì)小彌散的第二相與位錯交互作用使材料強度提高的方法。 第二相強化機(jī)制 位錯繞過第二相的Orowan機(jī)制 位錯切過第二相的切過機(jī)制。dCO ro w an M ech an ismC u ttin g M ecan ismS ize o f S eco n d P h ases d ， n mStrength Increment YSP，MPa兩種強化機(jī)制不同，第二相尺寸對強化增量的影響不同，在臨界轉(zhuǎn)換尺寸時，第二相強化效果最明顯。32第二相強化效果 鋼鐵材料中大多數(shù)情況下為Orowan機(jī)制，細(xì)化第二相尺寸可顯著提高強化效果 微合金化低碳鋼中，通過體積分?jǐn)?shù)為0.10.2%

16、平均尺寸為25nm的微合金碳氮化物的沉淀強化可提供200400MPa的強度增量 高碳鋼中采用體積分?jǐn)?shù)約為15%平均尺寸約為0.2 m的滲碳體的沉淀強化，可提供的強度增量約為200MPa 33不同強化方式的疊加1大多數(shù)固溶原子對位錯運動的阻礙作用是基本相互獨立的，且與位錯、晶界或第二相對位錯運動的阻礙作用也是基本獨立的，不同固溶元素所產(chǎn)生的固溶強化效果可以直接線性疊加；固溶強化效果與位錯強化、細(xì)晶強化或第二相強化的強化效果也可直接線性疊加。強化方式較少且各種強化方式的強化效果較小時，可采用強化效果直接線性疊加。34不同強化方式的疊加2某一強化方式的強化效果遠(yuǎn)大于其他強化方式的強化效果時，可忽略同

17、類其他強化方式的強化效果而將非同類強化方式產(chǎn)生的強化效果直接線性疊加。 當(dāng)所涉及的強化方式較多或各種強化方式的強化效果均較大時，這時應(yīng)采用均方根疊加方法。第二相強化與其他強化方式疊加時應(yīng)考慮第二相強化的兩種機(jī)制的影響，35顯微缺陷強化對塑性的影響 1 位錯強化對材料的均勻塑性不利。當(dāng)位錯密度增大時，位錯間交互作用增大，可動性降低，流變應(yīng)力增高；位錯密度很高之后產(chǎn)生的胞結(jié)構(gòu)的強化作用明顯偏低，從而使加工硬化率降低；二者的綜合作用均導(dǎo)致材料均勻應(yīng)變的明顯下降。 間隙固溶強化將同時提高材料的流變應(yīng)力和加工硬化率，但前者的提高幅度遠(yuǎn)大于后者，因而造成均勻塑性的明顯下降。當(dāng)其與位錯形成氣團(tuán)有效釘扎位錯時

18、，對塑性的危害尤甚（如藍(lán)脆現(xiàn)象）。 置換固溶強化略降低材料的均勻塑性但影響不大。36顯微缺陷強化對塑性的影響 2 晶粒細(xì)化后每個晶粒中塞積的位錯數(shù)目減少，應(yīng)力集中減輕，推遲微裂紋的萌生，將增大斷裂應(yīng)變；細(xì)晶還為在更多的晶粒內(nèi)部開動位錯源提供了必要的條件，使塑性變形的均勻性提高。 可變形第二相顆粒強化將導(dǎo)致材料均勻塑性一定程度的降低。 不可變形第二相顆粒由于在形變過程中不斷產(chǎn)生位錯圈因而產(chǎn)生較高的加工硬化率，其作用大于流變應(yīng)力的提高，因而可適當(dāng)改善均勻應(yīng)變，或至少不會使均勻塑性降低。37顯微缺陷強化對韌性的影響 1 位錯強化過程中將產(chǎn)生大量不可動位錯造成的應(yīng)力集中將使微裂紋有效尺寸增大并使P明顯

19、減小。從而降低材料的斷裂韌度。 間隙固溶原子造成晶體點陣的嚴(yán)重畸變，加大微裂紋尖端的應(yīng)力集中程度，使微裂紋有效尺寸增大并使P明顯減小，從而顯著降低材料的斷裂韌度。 置換固溶原子造成晶體點陣的一定畸變，但使材料斷裂韌度變化不大，雜質(zhì)元素如S、P和低熔點元素如Sn、As、Sb等由于對塑性的危害而顯著降低材料的斷裂韌度。38鋼鐵材料的各種顯微缺陷強化方式對韌性的影響2 細(xì)晶強化在提高材料強度的同時將明顯提高材料的斷裂韌度。 鋼鐵材料中大多數(shù)第二相和夾雜物將使材料的斷裂韌度明顯降低 ，第二相的形狀對斷裂韌度也有一定的影響。使第二相和夾雜物的尺寸細(xì)化、改善第二相和夾雜物的形態(tài)、消除網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀分布及帶

20、狀偏析的第二相和夾雜物將非常有效地提高鋼鐵材料的斷裂韌度，同時并不影響甚至還能提高第二相強化的效果。 39鋼鐵材料中各種顯微缺陷鋼鐵材料中各種顯微缺陷強化方式的脆化矢量強化方式的脆化矢量晶粒細(xì)化64-10析出強化位錯強化20%珠光體屈服強度屈服強度P+53N+30Sn+17C+10Si+8Mn-5Al-27轉(zhuǎn)折溫度(ITT),15MPa減小或消除脆化矢量較大的強化方式也是鋼鐵材料強韌化的重要發(fā)展方向。 40鋼鐵材料抗拉強度、屈服強度 屈服強度對微裂紋的形成有重要的影響 材料的抗拉強度是其屈服強度提高的極限，而屈服強度相當(dāng)接近于甚至等于抗拉強度的鋼材在實際工程中是不可能安全應(yīng)用的。 41抗拉強度

21、是重要的塑性指標(biāo) 材料的抗拉強度TS與屈服強度YS之間適當(dāng)?shù)牟钪翟诤艽蟪潭壬线€是一個重要的塑性指標(biāo)。 材料的抗拉強度在很大程度上還是一個重要的韌性指標(biāo) ?？估瓘姸鹊奶岣呖梢悦黠@提高材料的斷裂韌性。42抗拉強度是重要的韌性指標(biāo) 靜力韌度UT被定義為靜拉伸實驗中材料斷裂前單位體積所吸收的功：CSU0Td脆性材料韌性材料或ARUARRUARUmTPmTmT32243材料的屈強比 材料的屈強比被定義為Rel/ Rm 具有合適的屈強比，一方面保證了均勻塑性的實現(xiàn)，另一方面對非均勻塑性有重要的影響。 屈強比大于或等于1的材料無塑性，且實際屈服強度被降低 屈強比在0.9以上的鋼材在使用安全性方面存在隱患 屈

22、強比在0.6以下的鋼材具有良好的冷加工變形性能44鋼鐵材料抗拉強度鋼鐵材料抗拉強度 位錯理論和顯微缺陷強化理論對材料的屈服強度提高給予了理論解釋，但用來分析材料抗拉強度方面有很多不足。 由Griffith脆性斷裂理論推導(dǎo)并經(jīng)塑性修正后的平面應(yīng)變狀態(tài)下材料的斷裂強度SC為： 2/1C2PSC)1 ()2(aES45提高斷裂強度機(jī)制 減小微裂紋尺寸aC 增大裂紋尖端塑性變形功P （材料基體的比表面能S 變化幅度很小，一般在1-1.5J/m2范圍；而裂紋尖端單位面積塑性變形功P 變化范圍可從0變化到100000 J/m2 ）2C2PSC)1 ()2(SEa臨界裂紋尺寸 46微裂紋的產(chǎn)生 原有未鈍化的

23、孔洞或裂紋 弱化的界面（晶界或相界），此時適當(dāng)?shù)奈^(qū)塑性變形是必須的，因而材料的屈服強度對抑制微裂紋的產(chǎn)生具有重要作用47微裂紋尺寸的控制因素 塑性材料主要受屈服強度影響，大規(guī)模塑性撕裂可產(chǎn)生較大尺寸的微裂紋 高強度材料主要受弱化的晶界尺寸或第二相（包括夾雜物）尺寸的影響48微裂紋的擴(kuò)展 達(dá)到臨界尺寸的微裂紋才會失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂，因而控制材料中的微裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展必須控制微裂紋的最大尺寸而非平均尺寸，對于低強度高韌性的軟鋼，臨界裂紋尺寸aC將高達(dá)18.190.5mm，而超高強度的淬火態(tài)中高碳鋼，臨界裂紋尺寸aC僅為0.003620.00905mm。 微裂紋亞臨界擴(kuò)展時的斷裂塑性功與微裂紋形成時的斷

24、裂塑性功可能存在很大差別，因而導(dǎo)致微裂紋的擴(kuò)展被加速或被抑制 49鋼鐵材料斷裂鋼鐵材料斷裂 據(jù)微裂紋擴(kuò)展的方式，斷裂類型分為 沿晶斷裂 解理斷裂 準(zhǔn)解理斷裂 微孔聚合斷裂 不同的裂紋擴(kuò)展方式所消耗的能量有很大的差別。 重要觀點： 微裂紋亞臨界擴(kuò)展時的斷裂塑性功與微裂紋形成時的斷裂塑性功可能存在很大差別，因而導(dǎo)致微裂紋的擴(kuò)展被加速或被抑制。 材料中連續(xù)軟相的存在將明顯地使材料的屈服強度降低，但其斷裂強度或抗拉強度卻不會降低甚至?xí)兴摺?0塑性形變引發(fā)脆性微裂紋機(jī)制塑性形變引發(fā)脆性微裂紋機(jī)制 Zener-Stroh位錯塞積理論 Cottrell位錯反應(yīng)理論 Smith晶界碳化物網(wǎng)膜理論 共同點

25、：微裂紋的形成都與位錯運動受阻造成位錯塞積有關(guān)，而阻止位錯運動的障礙主要是晶界、孿晶界和第二相，這些理論模型也都可推導(dǎo)出抗拉強度與晶粒尺寸的Hall-Petch形式的關(guān)系式。區(qū)別：但Smith理論更偏重于第二相特別是晶界碳化物網(wǎng)膜的作用。51提高材料斷裂強度的方法1 消除晶界弱化現(xiàn)象低熔點晶界偏析金屬如鉛、銻、鉍、錫的消除低熔點金屬如銅的抑制晶界偏析（加鎳）低熔點共晶如磷共晶的消除（脫磷）晶界弱化元素的消除或抑制晶界偏析（脫硫，加硼）52提高材料斷裂強度的方法2 大顆粒夾雜物或第二相尺寸的控制液析夾雜物或氮化物、碳化物的控制（降低夾雜物形成元素如氧、硫、磷、氮在鋼中的含量，電磁攪拌使之上浮或細(xì)

26、化，高溫鐵水快速冷卻抑制液析）溶度積公式的應(yīng)用（可能時固態(tài)回溶）最佳控制條件下僅使之在固態(tài)析出53提高材料斷裂強度的方法3 適當(dāng)?shù)那姸惹姸扰c裂紋尖端單位面積塑性變形功的矛盾，需要根據(jù)鋼中可能的最大微裂紋尺寸而加以匹配屈服強度低，容易在局部產(chǎn)生塑性撕裂形成大尺寸微裂紋（不受最大夾雜物顆粒尺寸影響）屈服強度高，裂紋尖端單位面積塑性變形功迅速下降54復(fù)相基體組織和材料的抗拉強度 抗拉強度基本遵從混合物規(guī)律 ：2M1M1M1M2M2M1M1M)1 (TSfTSfTSfTSfTS),min(2M1MYSYSYS 屈服強度主要取決于基體相中的軟相的屈服強度 ：55需要注意的問題 硬相與軟相之間的強

27、度差足夠大 軟相體積分?jǐn)?shù)要足夠小（保證抗拉強度） 軟相必須連續(xù)（保證軟相中的位錯可滑移出工件表面產(chǎn)生宏觀塑性變形，同時保證微裂紋擴(kuò)展中必然遇到軟相）56形變誘導(dǎo)相變強化的基體組織對抗拉強度的影響 初始組織較軟，易于發(fā)生屈服；且必須是非穩(wěn)定平衡組織 形變誘導(dǎo)相變得到的平衡組織強度較高即形變誘導(dǎo)相變強化效果較大 高錳鋼 TRIP鋼 殘余奧氏體在塑性變形時轉(zhuǎn)變 形變誘導(dǎo)超微細(xì)第二相沉淀析出57固溶原子量對抗拉強度和屈服強度的影響158固溶原子量對抗拉強度和屈服強度的影響2固溶元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),%屈服強度,MPa抗拉強度,MPa均勻伸長率,%總伸長率,%C0.1230190-25-26P0.13571-3

28、.8-1.2B0.1800420-442-Si0.19.713.3-0.52-0.85Mn0.12.73.4-0.28-0.34 IF鋼中主要固溶元素對力學(xué)性能指標(biāo)的影響的回歸結(jié)果 59位錯密度對抗拉強度和屈服強度的影響60晶粒尺寸對抗拉強度和晶粒尺寸對抗拉強度和屈服強度的影響屈服強度的影響161晶粒尺寸對抗拉強度和晶粒尺寸對抗拉強度和屈服強度的影響屈服強度的影響2 細(xì)晶強化可以提高材料的屈服、抗拉強度，可以用Hall-Petch公式來表征：2/1y0PPDkRR2/1T0mmDkRR大量實驗研究結(jié)果表明kT的數(shù)值在7.7-15.7MPamm1/2之間，目前通常采用13.4MPamm1/2 ，

29、而Ky在14.0-23.4MPamm1/2之間（常用17.44MPamm1/2）62第二相對抗拉強度和屈服強度的影響163第二相對抗拉強度和屈服強度的影響2 屈服強度增量和第二相顆粒尺寸d體積分?jǐn)?shù)f的關(guān)系：2/12/1PdfTSddfYSln12/1PO2/12/1PCdfYS 第二相提高材料的屈服強度和提高抗拉強度的規(guī)律基本類似，第二相體積分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律完全一致，但第二相尺寸的影響規(guī)律稍有不同（當(dāng)?shù)诙喑叽绾苄r，提高屈服強度的作用比提高抗拉強度的作用效果更大一些）。64第二相的定義第二相的定義 材料中以非連續(xù)狀態(tài)分布于基體相中的且在其中不可能包圍有其他相的相統(tǒng)稱為第二相。 65第二相的分類

30、第二相的分類1 與基體結(jié)構(gòu)配合關(guān)系 -共格（coherent）第二相 -半共格（semi-coherent）第二相 -非共格（uncoherent）第二相 運動位錯越過第二相機(jī)制 -可變形（deformable） 第二相 -不可變形（non-deformable）第二相 66第二相的分類第二相的分類2 按第二相與基體相之間的結(jié)合破壞方式分： -解聚型第二相 -斷裂型第二相 第二相的化學(xué)組成特征分為： -正常價化合物 -單質(zhì) -金屬間化合物 -間隙相 -間隙化合物 合金元素數(shù)量： -單元第二相 -二元第二相 -三元第二相 -多元第二相67第二相強化理論第二相強化理論 切過機(jī)制強化理論1 共格應(yīng)變

31、強化 Gerold和Habercorn計算式Gleiter 計算式 2/12/12/3P)2(bdfGe6/52/12/3P)2(18. 1bdfGe 有序化強化 Ham計算式第二相體積分?jǐn)?shù)f很小時 )2(22/1APAPPfTdfb22/12/12/12/12/3APPbGdf 層錯強化 Hirsch和Kelly計算式MSPP2/3MSP1()3 ( )ln(/)cbKF fT68第二相強化理論第二相強化理論 切過機(jī)制強化理論2 模量強化 Kelly等人得出模量強化表達(dá)式為： 2/12/12/32/12P)2ln(143. 08 . 0)23(4fdbdGbGG2/12/12/32/12/3

32、P)2()ln(2)(9 . 0fdbfdbGGbT69第二相強化理論第二相強化理論 切過機(jī)制強化理論3 化學(xué)強化或表面能強化 df62P2/12/122/3p21 . 1fdbAG鋼鐵材料中，第二相強化的最主要方式為：共格應(yīng)變強化和化學(xué)強化 70第二相強化理論 Orowan機(jī)制強化理論 當(dāng)?shù)诙嗟捏w積分?jǐn)?shù)很小時（f1/2遠(yuǎn)小于0.854/1.2） )22 . 1ln(1864. 0)22 . 1ln(36. 262/12/12/3PbddfKGbbddfKGb 當(dāng)?shù)诙嗟捏w積分?jǐn)?shù)f1/2大于0.854/1.2 )22 . 1ln()2 . 1854. 0(2)22 . 1ln()2 . 1618. 1 (122/12/1PbddffKGbbddfKGb71第二相強化理論 Orowan機(jī)制強化理論 鋼鐵材料中代入相關(guān)常數(shù)， G為80650 MPa，泊松比為0.291，b