材料加工组织性能控制.ppt

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1、材料加工物理冶金学二战期间大量的船舶脆断提高钢材的韧性。解决办法：提高Mn/C比、铝脱氧、正火工艺、低温大压下构成控轧控冷的基础；第一章绪论控轧控冷技术的发展:60年代发现Nb的强化作用为控轧工艺的发展提供了理论依据；70年代后应用普及，新钢种、新工艺逐渐开发出来。控制轧制+控制冷却的方法称为热机械控制工艺。(TMCP,ThermoMomechanicalControlledProcessing)。热加工中的微观组织性能控制塑性加工的作用:改形、改性形变热处理:热挤压：图6挤压过程可能产生的组织变化轧制：锻造：大型锻件金属流动非常复杂经验成分占主导地位；锻造设

2、备以及辅助工具不完全配套；毛坏为含有粗大的树枝状晶粒、偏析严重、孔洞、疏松、夹杂等缺陷的大型钢锭。研究进展：德国Aachen大学的R．Kopp教授采用不断细化网格的有限元法对热镦粗时的动态再结晶状况进行了数值模拟，引入边界条件对于有限元数值模拟的影响，并对模锻过程中的微观组织结构变化进行了模拟研究；清华大学也曾采用三维刚粘塑性有限元方法模拟了热镦粗过程中的动态软化变化过程。图11变形体中软化机制分布示意图(在发生再结晶时，同时伴随有恢复)图12拔长时随锻造过程的进行各处所发生的软化机制(当前压下第三砧)材料的化学成分和加工过程、显微组织与力学性能之间的关系：图13化学

3、成分和加工过程、显微组织与力学性能之间关系图1-2钢材性能与冶金因素、组织的关系组织工艺性能金属材料的力学性能：金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下所表现的行为。力学性能通常包括：强度指标：σS、σb；塑性指标：δ、ψ；韧性指标：k、Kc。⑴金属的理论屈服强度切应力与位移之间的关系可表示为：令a=b则图1-3原子面受力后产生的位移一般金属的剪切弹性模量G：104~105MPa，金属的理论屈服强度：103~104MPa。实际纯金属单晶体的屈服强度要比此值低100~1000倍。对钢而言，G＝78453

4、MPa，理论屈服强度σs=2×12486Mpa，钢的实际屈服强度远远低于理论屈服强度。（2）金属的理论断裂强度断裂强度：图1-4原子间结合力的双原子模型1-吸引力；2-排斥力；3-合应力max就是理论断裂强度。高强度钢的断裂强度可达2100Mpa，约为理论断裂强度的十分之一。一般工程材料的断裂强度比理论断裂强度低10-1000倍。原因：①实际金属不是理想晶体，滑移过程不是刚性的、整体的移动；②在实际晶体中存在有位错，位错具有可动性，位错可以通过点阵滑移从一个位置移向另一个位置；③滑移是一个逐步进行的过程，材料的断裂也可以用位错的塞积、塞积群的扩展和攀移来说明。（3）

5、金属的韧性1）韧性的定义及其表示：综合应用较高冲击速度和缺口试样的应力集中，来测定金属从变形到断裂所消耗的冲击能量的大小。韧性指标：Ak(J)、ak(J/cm2)韧性-脆性转化温度Tk（C）及表示方法①选取一定的冲击功所对应的温度为Tk；②用夏比V形缺口试样，冲击功为20.34J的Tk用V15TT表示；③断口面积上出现50%结晶状断口时的温度为Tk，以50%FATT表示；④以100%结晶状断口时的温度为Tk，此时为零塑性转变温度，用NDT表示。图1-5冲击功、结晶断口比例随试验温度变化曲线1.冲击功曲线；2.断口形貌曲线2）影响冲击韧性的因素①材料的组织、结构的影响

6、：1）面心立方点阵与体心立方、密排六方点阵—2）细小均匀分布的第二相质点与片状相比—3）尖角状、网状连续分布—4）第二相与基体的性质差异—5）内部缺陷的影响：②温度的影响：三个脆性区：冷脆性、蓝脆性、重结晶脆性。图1钢的几个脆性的温度区域图2不同含碳量的钢的冷脆和蓝脆温度范围③形变速度的影响图3冲击速度对钢的韧-脆转化温度的影响④试样尺寸的影响：试样尺寸，韧性，断口纤维状区比例减小，韧-脆转化温度提高（原因）。第二章钢铁材料强韧化理论金属的强化：金属材料强化的基本途径：：(1)制成无缺陷的完整晶体，使金属的晶体强度接近理论强度。铁晶须：直径1.6μm铁单晶纤维，

7、max可达3640MN/m2，十分接近铁的理论屈服强度8200MN/m2(2)在有缺陷的金属晶体中设法阻止位错的运动。金属材料中的显微缺陷组织可分为：(1)点缺陷：(2)线缺陷：(3)面缺陷：(4)体缺陷：强化手段：固溶强化、位错强化、晶界强化、第二相粒子析出强化及相变强化。提高韧性的具体途径：（1）成分控制Bucher对C-Mn-Si钢：表2-2合金元素对工业纯铁强度和韧性的影响溶质元素原子直径(Å)25(C)时下屈服点变化(107Pa/原子%)冲击韧性转变温度变化（C/原子%）PPtMoMnSiNiCoCrV2.182.772.722.24