金屬的韌化方法及工藝

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1、1、金屬材料的韌化?各種工程結(jié)構(gòu)，如橋梁、船艇、飛機(jī)、電站設(shè)備、壓力容器、輸氣管道等，都曾出現(xiàn)過不少低于材料屈服強(qiáng)度下重大的脆性斷裂事故?促使人們認(rèn)識到片面追求提高金屬材料強(qiáng)度，而忽視韌性的做法是片面的?為了滿足高新技術(shù)發(fā)展的需求，對于金屬材料不僅要設(shè)法提高其強(qiáng)度，而且也需要提高其韌性韌化原理?斷裂韌性：材料在外加負(fù)荷作用下從變形到斷裂全過程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，則斷裂韌性愈高?提高斷裂韌性增加斷裂過程中能量消耗的措施都可以提高斷裂韌性?斷裂韌性是材料的一項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，是材料的成分和組織結(jié)構(gòu)在應(yīng)力和其他外界條件作用下的表現(xiàn)，在外界條件不變時(shí)，只有通過

2、工藝改變材料的成分和組織結(jié)構(gòu)，材料的斷裂韌性才能提高沿晶斷裂與晶粒度?由于晶界兩邊的晶粒取向不同，穿過晶界比較困難，穿過后，滑移方向要改變，起了強(qiáng)化和韌化的作用?晶粒愈小，則晶界面積愈大，這種強(qiáng)化和韌化作用也愈大?細(xì)化晶粒是達(dá)到既強(qiáng)化又韌化目的的有效措施?合金鋼回火脆性時(shí)，斷裂易于沿晶界進(jìn)行?如En24鋼的奧氏體晶粒度由5~6級細(xì)化到12~13級，KIC值則由141MPam1/2提高到266MPam1/2。?KIC值：指材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數(shù)。?它和裂紋本身的大小、形狀及外加應(yīng)力大小無關(guān)。它是材料固有的特性，只與材料本身

3、、熱處理及加工工藝有關(guān)。是應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對物體所作的功表示。例如應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。韌性材料因具有大的斷裂伸長值，所以有較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小。?通過晶粒細(xì)化，單位晶界面積偏聚的雜質(zhì)含量相應(yīng)減少，細(xì)化晶粒對于韌性有益2、脆性相?脆性相對材料韌性的影響很復(fù)雜?①少量的塑性變形若能使脆性相斷裂或與基體分開，則會產(chǎn)生裂紋，降低斷裂強(qiáng)度，脆性相愈大降低愈多?②晶界沉淀的脆性相，可以阻止晶界區(qū)的塑性松馳，起到硬化作用，可以通過位錯(cuò)塞積機(jī)理在晶界產(chǎn)生裂紋而降低韌性?③晶內(nèi)脆性相，如排列較密，則可縮短位錯(cuò)塞積距離，使

4、解理斷裂不易發(fā)生，從而可提高解理斷裂強(qiáng)度，也可阻止裂紋伸展，并使裂紋尺寸限于顆粒間距，從而提高解理斷裂強(qiáng)度，若脆性相與基體結(jié)合較弱，則在缺口下的形變較均勻，減少應(yīng)力三向性，也可提高韌性?④脆性相也可通過影響晶粒度而間接地影響韌性，脆性相大小對于晶粒度有不同的影響脆性相各種幾何學(xué)參量對韌性影響?①含量(fv)：一般說來，fv愈高，則塑性和韌性越低?②大小(D)：D愈大，韌性下降愈多?③間距(λ)：韌性斷裂時(shí)，λ愈大，則韌性愈高，解理斷裂時(shí)則相反；λ愈小，韌性反而愈高?④形狀：球形時(shí)，韌性最高，尖角狀時(shí)材料的韌性下降較多，夾雜物沿縱向的總長度愈大，則橫向韌性愈差?⑤類

5、型：塑性較好而與基體結(jié)合又較弱的脆性相（如MnS,Al2O3等）在形變過程中較早地沿脆性相與基體的界面開裂，塑性較差而與基體結(jié)合又較強(qiáng)的脆性相（如鋼中TiC）在形變過程中，應(yīng)力集中到一定程度可使其發(fā)生解理或破碎，使韌性降低3、韌性相對韌性的影響?①裂紋伸展遇到韌性相，由于韌性相不易解理斷裂，而塑性變形又要消耗較大能量，因而裂紋伸展受到阻止?②裂紋伸展到韌性相，由于直接前進(jìn)受阻，被迫改向阻力較小及危害性較小的方向，例如分層，從而松馳能量，提高韌性?③復(fù)合結(jié)構(gòu)例如多層板，可以使各組元在平面應(yīng)力狀態(tài)下分別承擔(dān)負(fù)荷。平面應(yīng)力下的斷裂韌性比平面應(yīng)變下的斷裂韌性要高?用奧氏體

6、作為韌性相可提高鋼的韌性如對于AFC77不銹鋼，通過改變奧氏體化溫度來調(diào)整殘余奧氏體的含量，對KIC值有很大影響。在強(qiáng)度基本上不變的情況下，可使KIC提高4倍左右。對于這種PH不銹鋼，加入1%Ni及調(diào)整熱處理工藝來控制殘余奧氏體含量，可以獲得很好的強(qiáng)度和韌性的組合對于合金結(jié)構(gòu)鋼，少量的殘余奧氏體也是KIC提高的原因之一如4340鋼通過1200℃奧氏體化處理，雖然晶粒粗大，但KIC顯著提高原因1：這種處理得到條板狀馬氏體，沒有孿生馬氏體原因2：這種處理后，在馬氏體片間有100~200?的殘余奧氏體薄膜4、基體相對韌性的影響?裂紋主要在基體中擴(kuò)展，因而基體的特征顯然會

7、影響裂紋伸展途徑，從而改變多晶金屬材料的斷裂韌性?此外，基體的特征還通過工藝影響相變產(chǎn)物及其組織結(jié)構(gòu)，從而間接地影響材料的整體斷裂行為奧氏體基體對鋼材斷裂韌性的影響?奧氏體基體的淬透性，Ms溫度，層錯(cuò)能和強(qiáng)度等對鋼材斷裂韌性的影響如下?①細(xì)化奧氏體晶粒(d)，從而可細(xì)化轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，對提高韌性有利?②一般地說，轉(zhuǎn)變溫度愈低，則回火后的韌性愈高，因而對淬火一回火的鋼材，要求有足夠的淬透性?③先共析鐵素體對韌性是不利的，而針狀的危害性又大于等軸狀的，調(diào)整成分和工藝，細(xì)化針狀鐵素體，可以改善韌性?④珠光體片是應(yīng)力和應(yīng)變集中點(diǎn)，有利于解理和脆斷的形成和伸展，應(yīng)該設(shè)法避免?⑤孿

8、生馬氏體的