金属的韧化方法及工艺

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1、1、金属材料的韧化•各种工程结构，如桥梁、船艇、飞机、电站设备、压力容器、输气管道等，都曾出现过不少低于材料屈服强度下重大的脆性断裂事故•促使人们认识到片面追求提高金属材料强度，而忽视韧性的做法是片面的•为了满足高新技术发展的需求，对于金属材料不仅要设法提高其强度，而且也需要提高其韧性韧化原理•断裂韧性：材料在外加负荷作用下从变形到断裂全过程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，则断裂韧性愈高•提高断裂韧性增加断裂过程中能量消耗的措施都可以提高断裂韧性•断裂韧性是材料的一项力学性能指标，是材料的成分和组织结构在应力和其他外界条件作用下的表现，在外界条件不变时，只有通过

2、工艺改变材料的成分和组织结构，材料的断裂韧性才能提高沿晶断裂与晶粒度•由于晶界两边的晶粒取向不同，穿过晶界比较困难，穿过后，滑移方向要改变，起了强化和韧化的作用•晶粒愈小，则晶界面积愈大，这种强化和韧化作用也愈大•细化晶粒是达到既强化又韧化目的的有效措施•合金钢回火脆性时，断裂易于沿晶界进行•如En24钢的奥氏体晶粒度由5~6级细化到12~13级，KIC值则由141MPam1/2提高到266MPam1/2。•KIC值：指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。•它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。它是材料固有的特性，只与材料本身

3、、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性材料一般断裂韧性较小。•通过晶粒细化，单位晶界面积偏聚的杂质含量相应减少，细化晶粒对于韧性有益2、脆性相•脆性相对材料韧性的影响很复杂•①少量的塑性变形若能使脆性相断裂或与基体分开，则会产生裂纹，降低断裂强度，脆性相愈大降低愈多•②晶界沉淀的脆性相，可以阻止晶界区的塑性松驰，起到硬化作用，可以通过位错塞积机理在晶界产生裂纹而降低韧性•③晶内脆性相，如排列较密，则可缩短位错塞积距离，使

4、解理断裂不易发生，从而可提高解理断裂强度，也可阻止裂纹伸展，并使裂纹尺寸限于颗粒间距，从而提高解理断裂强度，若脆性相与基体结合较弱，则在缺口下的形变较均匀，减少应力三向性，也可提高韧性•④脆性相也可通过影响晶粒度而间接地影响韧性，脆性相大小对于晶粒度有不同的影响脆性相各种几何学参量对韧性影响•①含量(fv)：一般说来，fv愈高，则塑性和韧性越低•②大小(D)：D愈大，韧性下降愈多•③间距(λ)：韧性断裂时，λ愈大，则韧性愈高，解理断裂时则相反；λ愈小，韧性反而愈高•④形状：球形时，韧性最高，尖角状时材料的韧性下降较多，夹杂物沿纵向的总长度愈大，则横向韧性愈差•⑤类

5、型：塑性较好而与基体结合又较弱的脆性相（如MnS,Al2O3等）在形变过程中较早地沿脆性相与基体的界面开裂，塑性较差而与基体结合又较强的脆性相（如钢中TiC）在形变过程中，应力集中到一定程度可使其发生解理或破碎，使韧性降低3、韧性相对韧性的影响•①裂纹伸展遇到韧性相，由于韧性相不易解理断裂，而塑性变形又要消耗较大能量，因而裂纹伸展受到阻止•②裂纹伸展到韧性相，由于直接前进受阻，被迫改向阻力较小及危害性较小的方向，例如分层，从而松驰能量，提高韧性•③复合结构例如多层板，可以使各组元在平面应力状态下分别承担负荷。平面应力下的断裂韧性比平面应变下的断裂韧性要高•用奥氏体

6、作为韧性相可提高钢的韧性如对于AFC77不锈钢，通过改变奥氏体化温度来调整残余奥氏体的含量，对KIC值有很大影响。在强度基本上不变的情况下，可使KIC提高4倍左右。对于这种PH不锈钢，加入1%Ni及调整热处理工艺来控制残余奥氏体含量，可以获得很好的强度和韧性的组合对于合金结构钢，少量的残余奥氏体也是KIC提高的原因之一如4340钢通过1200℃奥氏体化处理，虽然晶粒粗大，但KIC显著提高原因1：这种处理得到条板状马氏体，没有孪生马氏体原因2：这种处理后，在马氏体片间有100~200Å的残余奥氏体薄膜4、基体相对韧性的影响•裂纹主要在基体中扩展，因而基体的特征显然会

7、影响裂纹伸展途径，从而改变多晶金属材料的断裂韧性•此外，基体的特征还通过工艺影响相变产物及其组织结构，从而间接地影响材料的整体断裂行为奥氏体基体对钢材断裂韧性的影响•奥氏体基体的淬透性，Ms温度，层错能和强度等对钢材断裂韧性的影响如下•①细化奥氏体晶粒(d)，从而可细化转变产物，对提高韧性有利•②一般地说，转变温度愈低，则回火后的韧性愈高，因而对淬火一回火的钢材，要求有足够的淬透性•③先共析铁素体对韧性是不利的，而针状的危害性又大于等轴状的，调整成分和工艺，细化针状铁素体，可以改善韧性•④珠光体片是应力和应变集中点，有利于解理和脆断的形成和伸展，应该设法避免•⑤孪

8、生马氏体的