材料工程基础讲稿21

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1、2．回火脆性某些成分的中碳合金结构钢在450～650℃回火较长时间或回火后慢冷通过这个温度区间时会变脆，这种现象称为回火脆性。1）特点①断口通常是沿原A晶界的沿晶断裂。②在回火脆性区回火时脆化程度对时间有显著的依赖性。③具有可逆性，即如果钢先在较高温度回火并快冷，没有产生脆性，如果再将其在脆化温度范围加热或慢冷通过此温度区间，则会产生脆性；如果将上述脆化了的钢再进行高温回火并快冷，脆性又会消失，称为脱脆。产生回火脆性后使钢的韧性ak、K1c降低，FATT温度升高。2）影响回火脆性TE的因素钢的化学成分成分是影响回火

2、脆性的最根本因素。例如，不含合金元素的碳钢，没有回火脆性。根据钢中成分对回火脆性的影响，大体上可以把不同元素分为三类：①致脆元素如锰、铬、镍、硅等合金元素，当单独加入时，其致脆作用大小按锰、铬、镍、硅的顺序递减。但这类元素的致脆作用必须有磷、锡、锑、砷等杂质存在才能表现出来。不含上述杂质的高纯镍铬钢就不显示回火脆性。当两种或两种以上这类元素同时加入时，其致脆往往大于单独加入时两者之和。②促进脆性的元素，如磷、锡、锑、砷、硫、硼等。这类元素引起回火脆性，但必须以存在致脆元素为前提。例如碳钢中虽含有这类元素，却不存在回

3、火脆性。从试验数据看，锑、锡、磷是影响最大的杂质元素，其余的影响较小。一般来说，如果杂质含量在10－5数量级，影响较小，但含量在10－4数量级以上，往往会产生明显的回火脆性。③去脆元素如钨、钼、钒、钛等。这类元素对回火脆性有抑制作用，其中又以钼的作用最为显著，钨次之。大量研究表明，钼含量有一个最佳值，高于或低于这个值都不能很好地抑制回火脆性。据统计，最佳钼含量约为0.5%，随钢中的化学成分不同，可能在0.2～0.7％之间变化。当加入的钨含量为钼的2倍时，能起到钼的相同作用。工艺参数因素在回火脆性区回火，引起的回火脆

4、性的脆化程度及脆化速度均于回火温度与回火时间密切相关。温度一定时，随等温时间延长，FATT升高。在550℃以下，脆化温度愈低，脆化速度愈慢，但能达到的脆化程度愈大。550℃以上，随等温温度升高，脆化速度变慢，能达到的脆化程度进一步下降。钢的脆化也可以用钢的等温脆化动力学图表示。其形状与过冷A等温转变图相似，也呈C型，有一个鼻温。由等温脆化动力学图可以推出脆化是一个扩散过程。但等温脆化过程较A等温转变过程复杂。在有些钢中，随等温时间进一步延长，脆化程度有可能减弱，出现所谓过时效现象。缓冷脆化不仅与回火温度及时间有关，

5、还与回火后的冷速有关。高于回火脆化的温度回火后缓冷通过回火脆性区，使钢产生回火脆化。冷速愈慢，脆性愈严重；磷含量愈高，脆化愈严重。冷速的影响同样也反映出脆化是一个扩散过程。即可以把缓冷脆化看成是各个温度下的短时等温脆化的综合结果。组织因素的影响与M回火脆性不同，不论钢具有何种原始组织均具有回火脆性，但以M的回火脆性最严重，B次之，P最轻。这表明回火脆性主要不是由于M的分解及残余A的在转变引起的。回火脆性还与A的晶粒度有关，A晶粒愈细，回火脆性愈轻。3）回火脆性的形成机理回火脆性现象，从1917年发表的第一篇有关回火

6、脆性的文章到现在——探寻回火脆性的机理，两大学术流派是平衡偏聚理论和非平衡偏聚理论。平衡偏聚理论回火脆性是由于碳原子在晶界的偏聚使晶界成为过饱和固溶体→变脆。后来的工作证明脆性主要是锑、磷、锡、砷等元素的偏聚弱化晶界，晶界的断裂强度降低。杂质原子在晶界的偏聚是能够降低畸变能（与杂质元素在晶内比较），即杂质元素在晶界的偏聚是一个向平衡状态过渡的自发过程。平衡偏聚理论可以解释回火脆性的下列特征：①脆化发生在一定温度范围；②脆化程度随脆化时间的延长而增加；③回火后的冷却速度有巨大影响；④脆化过程具有可逆性；⑤脆化主要是一

7、种晶界现象，脆化断口是沿晶断裂。但是这个理论不能解释为什么钢中要同时存在某些合金元素和杂质才会发生这种脆性。为此提出了以下两点修正：根据不含杂质的钢中合金元素偏聚的现象提出，合金元素是在A化温度下由晶内偏聚到A晶界上，随后在脆化温度下，杂质元素因合金元素的吸引而偏聚到合金元素含量更高的晶界区。合金元素与杂质的化学亲和力按钼、铬、锰、镍的顺序递减，这与铬、锰、镍等促进回火脆性的作用一致，但却不能解释钼减缓脆化的作用。根据钼可增加杂质元素扩散激活能的事实来说明钼的作用是提高M的回火抗力→在脆化温度下保存较多的位错，提高

8、了杂质元素在晶内的溶解度。这一理论又称为二次偏聚理论。三元固溶体的平衡偏聚理论在一个含有杂质元素和合金元素的三元固溶体内，杂质元素与合金元素存在化学交互作用。合金元素是在回火时向晶界偏聚的，根据合金元素与杂质元素之间化学亲和力的不同，可以出现三种情况：当亲和力很强时，就会在晶粒内沉淀出稳定的化合物，从而抑制回火脆性的发生，钼就属于这种情况；当亲和力适中，就会