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合金元素对钢材机械性能的影响
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金属材料的强化方法金属材料的强化途径,主要有以下几个方面; (1)结晶强化。结晶强化就是通过控制结晶条件,在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织,从而提高金属材料的性能。它包括: 1)细化晶粒。细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界,由于晶界具有阻碍滑移变形作用,因而可使金属材料得到强化。同时也改善了韧性,这是其它强化机制不可能做到的。 2)提纯强化。在浇注过程中,把液态金属充分地提纯,尽量减少夹杂物,能显著提高固态金属的性能。夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。在损坏的构件中,常可发现有大量的夹杂物。采用真空冶炼等方法,可以获得高纯度的金属材料。 (2)形变强化。金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。 (3)固溶强化.通过合金化(加入合金元素)组成固溶体,使金属材料得到强化称为固溶强化。 (4)相变强化。合金化的金属材料,通过热处理等手段发生固态相变,获得需要的组织结构,使金属材料得到强化,称为相变强化。相变强化可以分为两类: 1)沉淀强化(或称弥散强化)。在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素,在一定条件下,使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出,弥散地分布在组织中,从而有效地提高材料的强度,通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金钢(低合金结构钢和低合金热强钢)中,沉淀相主要是各种碳化物,大致可分为三类。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。对低合金热强钢高温强化最有效的是体心立方晶系的碳化物。 2)马氏体强化。金属材料经过淬火和随后回火的热处理工艺后,可获得马氏体组织,使材料强化。但是,马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件,工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。 (5)晶界强化。晶界部位的自由能较高,而且存在着大量的缺陷和空穴,在低温时,晶界阻碍了位错的运动,因而晶界强度高于晶粒本身;但在高温时,沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得多,晶界强度显著降低。因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。硼对晶界的强化作用,是由于硼偏集于晶界上,使晶界区域的晶格缺位和空穴减少,晶界自由能降低;硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程;硼能使沿晶界的析出物降低,改善了晶界状态,加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程;此外,它们还有利于碳化物相的稳定。 (6)综合强化。在实际生产上,强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化,以充分发挥强化能力。例如: 1)固溶强化十形变强化,常用于固溶体系合金的强化。 2)结晶强化+沉淀强化,用于铸件强化。 3)马氏体强化+表面形变强化。对一些承受疲劳载荷的构件,常在调质处理后再进行喷丸或滚压处理。 4)固溶强化+沉淀强化。对于高温承压元件常采用这种方法,以提高材料的高温性能。有时还采用硼的强化晶界作用,进一步提高材料的高温强度。 2、合金元素对正火(或退火)状态钢机械性能的影响正火状态下钢有铁素体和珠光体组织。合金元素不仅影响钢材的强度,同时也影响其韧性。 3、合金元素对调质钢机械性能的影响合金元素对调质钢机械性能的影响,主要是通过它们对淬透性和回火性的影响而起作用的。主要表现于下列几方面。 (1)由于合金元素增加了钢的淬透性,使截面较大的零件也可淬透,在调质状态下可获得综合机械性能优良的回火索氏体。 (2)许多合金元素可使回火转变过程缓慢,因而在高温回火后,碳化物保持较细小的幂颗粒,使调质处理的合金钢能够得到较好的强度与韧性的配合。 (3)高温回火后,钢的组织是由铁素体和碳化物组成,合金元素对铁素体的固溶强化作用可提高调质钢的强度。

 
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