控轧控冷-强韧化.ppt

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1、第一章钢的强化和韧性1本章内容第一节钢的强化机制第二节材料的韧性2第一节钢的强化机制3低碳钢的工程应力---工程应变曲线σe：弹性极限σb：抗拉强度σs：屈服强度GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法41.固溶强化2.位错强化3.沉淀强化4.晶界强化5.亚晶强化6.相变强化钢的强化机制5固溶强化定义：采用添加溶质元素使固溶体强度升高的现象称为固溶强化，即固溶强化是通过改变金属的化学成分来提高强度的方法。机理：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。效果：提高强度、降低塑韧性。6固溶强化的规律（1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓

2、度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大置换元素对α-Fe屈服强度的影响7固溶强化的规律（2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好.（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。8滑移是塑性变形的主要方式，材料中位错密度对材料的强度的影响1、完全无位错存在时，在外力作用下，没有可以发生运动的位错，材料表现极高的强度。例

3、如铜，理论计算的临界切应力约为1500MPa，而实际测出的仅为0.98MPa。但制造这种材料非常困难，目前只能在很小尺寸的晶体中实现(晶须),用于研究型的复合材料中。位错强化9滑移是塑性变形的主要方式，材料中位错密度对材料的强度的影响2、在存在位错的晶体材料中,随位错密度的提高，位错运动受交割作用影响加大，材料的强度得到提高。经过冷变形的金属材料,发生了加工硬化，强度可以在相当范围内得到提高，常用的冷轧钢板、冷拔钢丝就是一例。值得注意的是用加工硬化提高强度的材料只能在较低温度下使用，否则因高温发生了再结晶，加工硬化的强化效果将全部消失。位错强化效果：提高强度、降低塑韧性。10沉淀

4、强化（第二相硬质点强化）第二相硬质点是指那些在韧性材料中存在的不易发生塑性变形的化合物,它们几乎不能发生塑性变形，在大的应力下将脆性断裂。在普通低合金钢中经常加入微量Nb、V、Ti，这些元素可以形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在轧制中或轧后冷却时它们可以析出，起到第二相沉淀强化作用。例如加热到1250℃的Nb钢，沉淀强化的作用平均每0.01％Nb可提高屈服强度19.6MPa。11沉淀强化（第二相硬质点强化）第二相的沉淀过程亦即是过饱和固溶体的分解过程。第二相能沉淀析出的必要条件是固溶体合金的溶解度随着温度的降低而减小，因此加热后得到的过饱和固溶体将随着温度的降低而析出。第

5、二相析出的动力学、析出的形态、部位等将随加工工艺(包括冷却条件)而异。12沉淀强化（第二相硬质点强化）沉淀强化的机制是位错和颗粒之间的相互作用。在外力作用下，运动位错遇到第二相硬质点时的运动方式有两种，(1)对提高强度有积极作用的绕过过程；(2)对提高强度作用较小的切割/剪切过程。它们都会增加运动阻力，可以提高材料的强度。绕过机制切割机制13材料的组织与力学性能的关系第二相硬质点强化如果第二相硬质点的总量(如体积份数f)一定，单个质点的尺寸愈小，数量多，排列密集；反之单个质点的尺寸愈大，数量少，排列稀疏。对位错来说，小质点容易切割，稀疏分布时容易绕过。所以质点对强度的作用表现为尺

6、寸太小或尺寸过大都会降低其效果，在特定的合适范围才有最大的强化效果。根据计算和实验，一般的质点间距最佳值在20-50个原子间距，体积数的最佳值在2％左右。14材料的组织与力学性能的关系沉淀相的部位、形状对强度都有影响。其一般规律是：沉淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好；颗粒形状球状和片状相比，球状有利于强化。因为片状颗粒对于在与其平行的原子面上运动的位错的阻力很小，而球状颗粒对于任何原子面上运动的位错有相同的阻力。形变热处理是在第二相质点沉淀前对材料施以塑性变形，因而使位错密度增加，第二相沉淀形核位置增多，因而析出物更为弥散。如果形变还能造成亚晶，那么第二相沉淀在亚晶界上，

7、其分布密度更为弥散。这就是形变热处理造成强化的原因之一。15晶界强化和单晶体的塑性变形不同，多晶体晶粒中的位错滑移除了要克服晶格阻力、滑移面上杂质原子对位错的阻力而外（这两点是和单晶体相同的），还要克服晶界的阻力。晶粒愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也愈大，因而使材料的屈服强度提高。Cu-4Ti合金中位错被堵塞在晶界附近16晶界强化根据位错理论计算可得到屈服强度与晶粒尺寸的关系为：Hall-Petch公式式中σi是常数，大体相当于单晶体时的屈服强度。K1它是表征晶界对强度影响程度的