钢铁材料的强化手段与应用

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1、钢铁材料的强化手段及其应用赵刚领（化学工程学院化学工程与工艺1143084077）摘要：随着现代工业和科学技术的不断发展，人们对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求。特别是在航空、国防以及高科技领域，一般的金属材料已不能满足它们的要求。因此，对钢铁材料进行强化应用已变得刻不容缓。本文主要概述了人们目前对钢铁材料强化的方法,并介绍了强化钢在不同领域的应用。关键词：钢铁材料强化手段应用金属是通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高材料的强度。所谓强度是指材料刈•塑性变形和断裂的抗力，用给定条件下材料所能承受的应力来表示。钢铁材料的强度是其抵抗变形和断裂的能力，而要满足钢铁材料高强

2、度的要求，就必须对它进行强化处理。强化钢铁材料的手段，一般可加入合金元素（加入微量元素如V、Nb、Ti等）通过调质处理使其析出强化、控制轧制及冷却方法等对工程材料来说，一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。具体方法有固溶强化、分散强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细化晶粒强化、择优取向强化、复相强化、纤维强化和相变强化等，这些方法往往是共存的，强化一般伴随着韧性、塑性的降低，但有时也不会降低甚至有所提高。而在工程上更加切实有效的方法是在晶体屮引入大量缺陷及阻止位错的运动来提高金属的强度。由于各种强化方法対钢铁材料强度的不同影响，采用不同强化手段后可使铁的强度提高

3、,这些手段包括固溶强化、细晶强化、冷变形强化、马氏体强化、形变一相变强化、形变强化和脱溶强化等多种强化方法，形变热处理和冷拔高碳钢丝的强度已接近晶须的强度。1、固溶强化固溶强化是将合金元素加入到钢铁材料基体金屈中形成固溶体以达到强化金属的方法。一般來说，固溶体总是比组成基体的纯金属有更高的强度和硬度，随着合金元素含量的增加，钢的强度和硬度提高。但是当合金元素的含量适当吋，固溶体不仅具有高的强度和硬度，而比有良好的塑性和韧性。它是利用固溶的置换式溶质原子或间隙式溶质原子来提高基体金属的屈服强度的方法。绝大多数钢材的基体铁都免不了用固溶强化方法强化。2、分散强化分散强化是在钢

4、铁材料中第二相以细小弥散的颗粒均匀分布于基体金屈中产生显著的强化作用，使钢铁材料的强度提高。分散强化分为沉淀强化和弥散强化二种。如果钢铁材料经吋效处理或回火后，沉淀析出细小弥散的第二相粒子，这种强化作用称为沉淀或吋效强化。如果第二相细微颗粒借助于粉末冶金方法加入起强化作用，则称为弥散强化。沉淀强化在一般钢铁材料屮常用。3、细晶强化细晶强化是是钢铁材料的晶粒更细，品界更多，使晶界对位错的运动阻力更大，从而使钢铁材料的强度提高,并改善塑性和韧性。细品强化还可使钢铁材料的脆性转变温度降低,使钢件能适应寒冷地区的工作性能要求。它并且是可以提高钢材强度而不恶化韧性的一种强化方式。4

5、、冷变形强化冷变形强化是指金属随着冷塑性变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。生产上对一些不能用热处理来提高强度的金属或合金，如某些不锈钢、黄铜等常用此方法来提高强度。但冷变形强化是以牺牲金属塑性和韧性为代价的，而且会给随后的加工带来困难，往往需要采用再结晶退火等措施来改善金属塑性以利于随后继续加工。5、马氏体强化马氏体强化又叫相变强化，是将钢淬火获得马氏体组织以达到强化钢铁材料的目的。马氏体中的含碳量过饱和，使马氏体产生严重的晶格畸变，造成非常大的应力场,严重阻碍位错运动，从而使钢强化,这相当于固溶强化。固溶强化是一般马氏体强化的主要原因，但对

6、低碳马氏体来说，细晶强化和位错强化却是马氏体强化的决定因素。钢的最重要的强化方式。钢中马氏体的强度主要决定于碳的固溶强化以及口回火的脱溶强化。马氏体的亚结构也有附加强化作用。原始奥氏体的品粒大小及马氏体品体的尺度对强度也有一定的影响。马氏体中置换式溶质原子（通常加入的合金元素）的固溶强化作用远小于间隙式溶质原子（碳、氮）的作用。未经脫溶的铁一線一碳合金位错马氏体与李晶马氏体的圧力强度（能正确反映高碳马氏体的强度）与碳浓度的平方根成正比；而且随碳浓度的增多，挛晶马氏体压力强度增加的斜率大于位错马氏体。马氏体中过饱和碳导致的固溶强化和脱溶强化共约占总强化效果的85%〜90%。

7、这两种强化作用，在马氏体点（Ms）高于室温的钢中，表现为淬火过程中和淬火以后碳原子和位错再分布对马氏体的强化。6、形变一相变强化形变热处理是形变一相变强化钢材的重要手段z—。形变热处理有很多种方法，按形变所处的工艺位置可归结为3类：相变前•形变类、相变途中形变类和相变后形变类。相变的类型可以是非扩散型的马氏体相变，也可以是扩散型的脱溶转变或珠光体转变。在工业用钢的强化中，以相变前形变类最为突出。这种方法就是将钢在奥氏体状态下形变，接着淬火和回火的一种综合强化工艺。按形变温度的不同，这类工艺又可分为：高温形变热处理，即将钢在奥氏