控軋控冷-強韌化.ppt

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1、第一章鋼的強化和韌性1本章內容第一節(jié)鋼的強化機制第二節(jié)材料的韌性2第一節(jié)鋼的強化機制3低碳鋼的工程應力---工程應變曲線σe：彈性極限σb：抗拉強度σs：屈服強度GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法41.固溶強化2.位錯強化3.沉淀強化4.晶界強化5.亞晶強化6.相變強化鋼的強化機制5固溶強化定義：采用添加溶質元素使固溶體強度升高的現象稱為固溶強化，即固溶強化是通過改變金屬的化學成分來提高強度的方法。機理：運動的位錯與溶質原子之間的交互作用的結果。效果：提高強度、降低塑韌性。6固溶強化的規(guī)律（1）溶質元素溶解量增加，固溶體的強度也增加例如：對于無限固溶體，當溶質原子濃

2、度為50%時強度最大；而對于有限固溶體，其強度隨溶質元素溶解量增加而增大置換元素對α-Fe屈服強度的影響7固溶強化的規(guī)律（2）溶質元素在溶劑中的飽和溶解度愈小，其固溶強化效果愈好.（3）形成間隙固溶體的溶質元素（如C、N、B等元素在Fe中）其強化作用大于形成置換固溶體（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶質元素。但對韌性、塑性的削弱也很顯著，而置換式固溶強化卻基本不削弱基體的韌性和塑性。（4）溶質與基體的原子大小差別愈大，強化效果也愈顯著。8滑移是塑性變形的主要方式，材料中位錯密度對材料的強度的影響1、完全無位錯存在時，在外力作用下，沒有可以發(fā)生運動的位錯，材料表現極高的強度。例

3、如銅，理論計算的臨界切應力約為1500MPa，而實際測出的僅為0.98MPa。但制造這種材料非常困難，目前只能在很小尺寸的晶體中實現(晶須),用于研究型的復合材料中。位錯強化9滑移是塑性變形的主要方式，材料中位錯密度對材料的強度的影響2、在存在位錯的晶體材料中,隨位錯密度的提高，位錯運動受交割作用影響加大，材料的強度得到提高。經過冷變形的金屬材料,發(fā)生了加工硬化，強度可以在相當范圍內得到提高，常用的冷軋鋼板、冷拔鋼絲就是一例。值得注意的是用加工硬化提高強度的材料只能在較低溫度下使用，否則因高溫發(fā)生了再結晶，加工硬化的強化效果將全部消失。位錯強化效果：提高強度、降低塑韌性。10沉淀

4、強化（第二相硬質點強化）第二相硬質點是指那些在韌性材料中存在的不易發(fā)生塑性變形的化合物,它們幾乎不能發(fā)生塑性變形，在大的應力下將脆性斷裂。在普通低合金鋼中經常加入微量Nb、V、Ti，這些元素可以形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在軋制中或軋后冷卻時它們可以析出，起到第二相沉淀強化作用。例如加熱到1250℃的Nb鋼，沉淀強化的作用平均每0.01％Nb可提高屈服強度19.6MPa。11沉淀強化（第二相硬質點強化）第二相的沉淀過程亦即是過飽和固溶體的分解過程。第二相能沉淀析出的必要條件是固溶體合金的溶解度隨著溫度的降低而減小，因此加熱后得到的過飽和固溶體將隨著溫度的降低而析出。第

5、二相析出的動力學、析出的形態(tài)、部位等將隨加工工藝(包括冷卻條件)而異。12沉淀強化（第二相硬質點強化）沉淀強化的機制是位錯和顆粒之間的相互作用。在外力作用下，運動位錯遇到第二相硬質點時的運動方式有兩種，(1)對提高強度有積極作用的繞過過程；(2)對提高強度作用較小的切割/剪切過程。它們都會增加運動阻力，可以提高材料的強度。繞過機制切割機制13材料的組織與力學性能的關系第二相硬質點強化如果第二相硬質點的總量(如體積份數f)一定，單個質點的尺寸愈小，數量多，排列密集；反之單個質點的尺寸愈大，數量少，排列稀疏。對位錯來說，小質點容易切割，稀疏分布時容易繞過。所以質點對強度的作用表現為尺

6、寸太小或尺寸過大都會降低其效果，在特定的合適范圍才有最大的強化效果。根據計算和實驗，一般的質點間距最佳值在20-50個原子間距，體積數的最佳值在2％左右。14材料的組織與力學性能的關系沉淀相的部位、形狀對強度都有影響。其一般規(guī)律是：沉淀顆粒分布在整個基體上比晶界沉淀的效果好；顆粒形狀球狀和片狀相比，球狀有利于強化。因為片狀顆粒對于在與其平行的原子面上運動的位錯的阻力很小，而球狀顆粒對于任何原子面上運動的位錯有相同的阻力。形變熱處理是在第二相質點沉淀前對材料施以塑性變形，因而使位錯密度增加，第二相沉淀形核位置增多，因而析出物更為彌散。如果形變還能造成亞晶，那么第二相沉淀在亞晶界上，

7、其分布密度更為彌散。這就是形變熱處理造成強化的原因之一。15晶界強化和單晶體的塑性變形不同，多晶體晶粒中的位錯滑移除了要克服晶格阻力、滑移面上雜質原子對位錯的阻力而外（這兩點是和單晶體相同的），還要克服晶界的阻力。晶粒愈小，晶界就相對愈多，晶界阻力也愈大，因而使材料的屈服強度提高。Cu-4Ti合金中位錯被堵塞在晶界附近16晶界強化根據位錯理論計算可得到屈服強度與晶粒尺寸的關系為：Hall-Petch公式式中σi是常數，大體相當于單晶體時的屈服強度。K1它是表征晶界對強度影響程度的