【正文】 對構(gòu)件鋼的要求以工藝性能為主，以力學(xué)性能為輔。要有一定的耐大氣腐蝕性及耐海水腐蝕性；缺口敏感性及冷脆傾向性較小。有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能力，即 σs較高而 δk、 Ψk較大； a.而又不能象機器那樣防銹維護得很好。不做相對運動；2.什么叫固溶強化 ?簡述合金元素與鐵、碳相互作用的工程實際意義 .2.了解鋼中合金元素的分類，鋼的冶金質(zhì)量及控制，鋼材的斷口分析。③ 本身不參予偏聚，但促進其它元素偏聚，如鉻；④ 與雜質(zhì)結(jié)合，阻止偏聚，如 Mo有抑制回火脆作用。合金元素對鋼的第二類回火脆影響有以下四種情況： 500～ 550第一類 (不可逆 )回火脆 ：250～ 350原因 ： Ni）使 M轉(zhuǎn)變溫度 ↓，組織應(yīng)力 ↑，易淬裂。高淬透性效果更好，所以一般聯(lián)合加入。不同元素的作用：要 ↑淬透性，即 ↑過冷 A的穩(wěn)定性，就必須使珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變推遲、更困難、更慢。α相再結(jié)晶長大。也 使析出相不易聚集長大 。鈷 雖不能 ↓C擴散速度，但能提高固溶體的原子間結(jié)合力，Mo2C、 WC 等，這些碳化物顆粒細小、彌散分布，使鋼的 Si、 Al：推遲 ε碳化物 →Fe 3C ε碳化物 :3.淬火組織中殘余 A，具有較大的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部缺陷， 較容易發(fā)生分解 。合金元素不擴散，仍分布于 α相或 ε碳化物，對 M分解影響不大。鋼中合金元素鉻、鉬、錳和鈷等增加形成片狀馬氏體的傾向。其中碳的作用最強烈，其次是錳、鉻、鎳，再次為鉬、鎢、硅?？傢樞颍?錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈷、鋁。但↓C擴散速度，故使上述兩個作用十分微弱。 鉻、錳、鎳等： ↓兩相自由能差， ↓相變動力， ↓A分解，推遲貝氏體轉(zhuǎn)變?！?間轉(zhuǎn)變而得，組織為 F+Fe3C， (M23C3B3)，可顯著阻止 αFe相的形核，增加 A穩(wěn)定性。2)強碳化物形成元素 ：碳化物極穩(wěn)定，若不溶入 A，提供成核條件，加速相變。A→ 珠光體（ αFe＋ Fe3C):需 C、合金元素再分配?！?生產(chǎn)中常用少量的鋁 (0． 005％質(zhì)量分數(shù) )脫氧，形成極細小的 Al2O3和 A1N質(zhì)點，可以阻止奧氏體晶粒長大。A晶粒越細小，淬火后得到 M越細，回火后鋼的力學(xué)性能越好。但合金元素的擴散極慢（為 C擴散速度的千分之幾或萬分之幾），且碳化物形成元素還降低 C在 A中的擴散速度，所以合金鋼的 A化時間比碳鋼長，這也是在生產(chǎn)中合金鋼加熱保溫時間往往比碳鋼長的原因所在。例如，含 鉻 的碳化物在 850℃ 才大量溶解；含 鉬 的碳化物要在 950 ℃ 時才顯著溶解；含 釩、鈦、鈮 的碳化物要達 1050℃才溶解。合金元素對鋼相變的影響一、對 平衡狀態(tài) 下相變的影響（一）對奧氏體相區(qū)的影響 （二）對共析溫度的影響 γA4A3A1Es（三）對共析點位置的影響 所有合金元素使 S點左移，合金鋼中 C＜ ％時就會析出二次滲碳體（變?yōu)檫^共析鋼）。斷口呈韌窩型(二 )改善解理斷裂抗力的途徑解理斷裂：原子鍵斷裂，表現(xiàn)為沿晶面斷裂。延性斷裂、解理斷裂和晶間斷裂過程中吸收的能量越大，韌性越好。對總伸長率不利－－本身與基體界面斷裂，形成微孔。(一 )鋼的塑性變形(二 )影響鋼的塑性因素（固溶）（ 1）間隙固溶（ C、 N等）： 強化效果并不明顯，但可與其他強化方式疊加。（著眼于塑性變形時使位錯增殖或分解）1)細化晶粒：通過增加晶界數(shù)量，使晶界附近因變形不協(xié)調(diào)誘發(fā)位錯，同時還可使晶粒內(nèi)位錯塞積群的數(shù)量增多；2)形成第二相粒子：當(dāng)位錯遇到第二相粒子時，希望位錯繞過第二相粒子而留下位錯圈，使位錯數(shù)量迅速增多；3)促進淬火效應(yīng)：相變體積效應(yīng)誘發(fā)位錯。但與晶界相比，位錯胞壁的障礙強度系數(shù)小得多。(二 )位錯組態(tài)涉及位錯的 分布 及其 性質(zhì) 等。位錯密度越高，位錯運動時越易于發(fā)生相互交割，引起位錯纏結(jié)，位錯運動的障礙越大，強化作用越大?！窈辖鹪靥峁浬⒎植嫉诙嗔Ｗ有纬傻某煞謼l件。效果良好。與基體共格； ② 淬火時效得 ，故稱 沉淀強化 。 面心立方金屬的滑移系比體心立方金屬的多，所以其 KS比體心立方金屬小。但 強度隨 CS↑而直線 ↑，且若含量低時，基本 不損害塑韌性 ，這點很重要?？傊?， 影響固溶強化作用 → 錯配度 與 固溶度 。強化作用順序 ： 間隙式原子（ C、 N） → 置換式 F形成元素 → 置換式 A形成元素鋼中加入鎳會使屈服強度降低，這是一種 固溶軟化現(xiàn)象 。原子半徑小指數(shù)關(guān)系(二 )奧氏體的固溶強化C在 面心立方晶格中 造成的 畸變呈球面對稱 ，其 間隙強化 作用屬 弱硬化 。F中固溶度很?。?C最大僅 ％），效果差。(一 )鐵素體的固溶強化 1．間隙式固溶強化基于此，鋼中合金元素的強化作用主要四種基本方式： 固溶強化 、 晶界強化 、 第二相強化 及 位錯強化 。通常， A層錯能越低越易于形成板條 M，具有位錯型亞結(jié)構(gòu)；而 A層錯能越高，越易于形成片狀馬氏體，具有孿晶型亞結(jié)構(gòu)。如：高鎳鋼和高錳鋼，雖然錳和鎳都是 A形成元素，單獨加入相當(dāng)數(shù)量的鎳和錳都可使鋼在室溫下獲得單相 A，但卻發(fā)現(xiàn)鎳鋼易于變形加工；而錳鋼的冷變形性能很差，有很高的加工硬化趨勢與耐磨性。因而，合金元素與碳的作用 對鋼的相變有重要的影響 。如： Fe3C能溶解大量的合金元素。的再分配 。但碳化物穩(wěn)定，溶入 A的溫度高，自 M中分解出來的溫度亦高，使用鍛造 韌性、強度好。碳化物特性碳化物 是鋼中 最重要的強化相 → 提高強度、硬度 。 非碳化物形成元素易溶入鐵素體和奧氏體等固溶體中；而碳化物形成元素易于溶入碳化物中。同時向鋼中加入兩類元素時，其作用往往相互抵消。 某些合金元素如銀和鉛等，既不溶于鐵中基體中又不與之形成化合物，而以游離狀態(tài)存在于基體中。溶于 F、 A和 M中。使塑性、韌性和疲勞強度的降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透性。降低 A層錯能的元素：如錳、鉻、釕、銥等。如鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等。碳化物形成元素： 但合金元素的實際分布還與加入量和熱處理條件有關(guān)。穩(wěn)定穩(wěn)定和擴大 A區(qū)，優(yōu)先分 C溶于 γ－ Fe，面心立方， C溶解度大；鐵素體 合金元素對鋼的相變和熱處理工藝性能的影響第一節(jié) 鋼的強化。鋼中合金元素及其分類。這時碳鋼已不能滿足要求。如有些特殊條件下的使用要求：韌性、耐蝕、抗氧化、耐磨、高溫強度等，車削速度較高的刀具要求紅硬性，大尺寸零件要求高的淬透性 …對所有金屬材料合金化的具有普遍意義。設(shè)備配置原則是基本分析設(shè)備要求全套并具有世界先進水平，特殊分析利用大專院?；蚩蒲袉挝坏脑O(shè)備進行。負責(zé)民用航空器重要失效件的分析和研究；負責(zé)航空產(chǎn)品的失效預(yù)防研究；參與民用航空器事故和重大多發(fā)性故障的調(diào)查及分析；參與國內(nèi)外失效分析的合作與交流。界的失 從以上幾個例子中可以看出，在使用中發(fā)生了不正常的失效件需對其進行深入的分析。并注意到它對航空安全的危害。為什么會產(chǎn)生這種差錯；產(chǎn)生差錯的起落架有幾件，安裝在那架飛機上；研究這種缺陷對其疲勞性能會有多大影響等工作。公司所發(fā)生的事件相同，已有結(jié)論，即剎車過急加上節(jié)流閥原因而引起的。這種粗大晶粒使起落架的抗疲勞性能下降，引起了疲勞斷裂。只有在清洗飛機或維護不當(dāng)時可能產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的流入，在缺少漆層保護的應(yīng)力集中處產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)在裂紋源區(qū)有較嚴(yán)重的晶間腐蝕現(xiàn)象。整個裂紋上沒有聲音疲勞的斷裂特征。 2年后 ,在同型號的另一架飛機上的相同位置又發(fā)生了形狀完全相同長度更長的裂紋，送制造廠分析后結(jié)論相同，但適航部門感到這二次故障的現(xiàn)象十分相似，而且考慮到發(fā)生位置的危害性，利用剛剛成立安裝完的設(shè)備開展了分析工作。 其工作責(zé)任是研究重大的，多發(fā)性故障 。這種例子還有很多但當(dāng)時民航系統(tǒng)無自己的失效分析部門，只能接受別人的分析結(jié)果。發(fā)動機的一級渦輪葉片發(fā)生了斷裂。發(fā)動機的非包容性破壞事故，蘇聯(lián)事故調(diào)查人員的結(jié)論是因我國使用不當(dāng)而引起發(fā)動機包容性事故。但由于技術(shù)人員不足和管理水平不高在 80年代未和 90年代初多次出現(xiàn)較嚴(yán)重的航空事故。、組織結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系。所以要了解工程材料選用選用原則、要求，在學(xué)習(xí)、研究中增強目的性。采用局部復(fù)合強化，克服薄弱環(huán)節(jié)。細晶組織，盡量減少缺陷和內(nèi)應(yīng)力。(三 )控制軋制提高純度，如鋼鐵中 S、 P…(二 )微合金化后果一般不像斷裂失效和腐蝕失效那么嚴(yán)重，然而近年來卻發(fā)現(xiàn)一些來自磨損的災(zāi)難性事故。與周圍介質(zhì)發(fā)生 化學(xué) 或 電化學(xué)作用 。工程上疲勞斷裂約占失效總數(shù)的 80％以上。(2)脆性斷裂失效： 因此對各種服役條件下的工件失效，應(yīng)作具體分析，找出失效方式和失效抗力指標(biāo)。 （四）安裝 據(jù)文獻統(tǒng)計，在 260起壓力容器失效中，屬于操作不當(dāng)而造成的失效竟占 74． 6％。分析認為，是由于彈簧在熱處理時加熱溫度過高引起淬火裂紋所致。磨削深度過大或冷卻不充分，使表面出現(xiàn)回火組織使表面硬度降低，甚至形成磨削裂紋；零件表面加工粗糙，造成應(yīng)力集中。 (1)冶煉：冶煉工藝較差，會使鋼中有較多的氧、氫、氮，并形成非金屬夾雜物，不僅使材料變脆，甚至還會成為疲勞源。 德國阿連茲技術(shù)中心 (AZT)曾對 1200次蒸汽輪機電站失效原因進行統(tǒng)計分析，其中設(shè)計及結(jié)構(gòu)引起的事故占 17． 5％，這說明了設(shè)計與失效之間的密切關(guān)系。 工件外形設(shè)計不合理或結(jié)構(gòu)上存在問題，將引起應(yīng)力集中。以典型的工程材料為例 ，學(xué)習(xí)材料（重點是金屬材料）所表現(xiàn)出的宏觀性能的內(nèi)在本質(zhì)，為提高材料性能、開發(fā)新材料、材料選擇、使用打基礎(chǔ)。目前已建立起計算機化的各種材料性能數(shù)據(jù)庫和計算機輔助選材系統(tǒng)，并進一步向智能化方向發(fā)展 ,從而提高了工程技術(shù)的用材水平。7．材料的設(shè)計及選用計算機化研究這些變化規(guī)律，將有利于改善材料性能和開發(fā)新材料。又如 WCu 熱沉材料。一般材料顯然滿足不了這一要求。一般復(fù)合材料中分散相是均勻分布的，但在有些情況下，常常希望同一件材料兩側(cè)具有不同的功能，又希望兩側(cè)結(jié)合得完美，從而不至于在苛刻條件下因性能不匹配而發(fā)生破壞。近年來 功能梯度材料發(fā)展很快，其性能是原來的均質(zhì)材料和一般復(fù)合材料所不具備的，梯度功能材料將有巨大的應(yīng)用潛力。功能材料是 90年代材料研究與生產(chǎn)中最活躍的領(lǐng)域。金剛石薄膜可用于高速電子計算機的微芯片；高分子分離膜已在水處理、化工生產(chǎn)、高純物質(zhì)制備等方面獲得了應(yīng)用；高溫超導(dǎo)薄膜將開辟超導(dǎo)技術(shù)的新領(lǐng)域。如玻璃樹脂基的第一代復(fù)合材料，碳纖維增強樹脂基的第二代復(fù)合材料，第三代復(fù)合材料則是正在發(fā)展的金屬基、陶瓷基及碳基復(fù)合材料。例如，合金成分的物理冶金設(shè)計，微量元素的加入與控制，特殊組織結(jié)構(gòu)的控制等，可大幅度提高材料的性能。按照其基本成分分類見圖 1－ 1。 如機器零件（軸承、彈簧等部件）、工模具、量具、工業(yè)加熱爐內(nèi)的構(gòu)件、飛機發(fā)動機渦輪葉片、高分子材料中的粘結(jié)劑、防宇宙射線的宇航服（芳香族聚酰胺纖維）、鎳氫電池中的儲氫合金 ………… 工程材料按其性能特點分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。是否聯(lián)想到：建筑工程、橋梁、企業(yè)建設(shè)所用到的材料？ 實際上工程材料的含義遠非如此， 凡與 工程 有關(guān)的材料均謂之 工程材料 。 總之，工程材料包括了與工農(nóng)業(yè)、國防尖端技術(shù)等各行各業(yè)有關(guān)的所有材料。新材料是依靠新技術(shù)和新工藝發(fā)展的。所以把不同的材料進行復(fù)合以得到優(yōu)于原組分性能的新材料，就成為結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的一個重要趨勢。包括零維 (超微粒 )、一維 (纖維 )和二維薄膜材料，可用于作結(jié)構(gòu)材料和功能材料。某些超微粒功能材料，可成為高效吸波材料。二維 的薄膜材料發(fā)展迅速，金剛石薄膜和有機高分子薄膜十分誘人，高溫超導(dǎo)薄膜也尤為突出。非晶態(tài)合金具有高強度、耐腐蝕等特點，某些非晶態(tài)鐵基合金具有很好的磁學(xué)性能，用作變壓器比硅鋼片的鐵損低 2／ 3。5．功能材料迅速發(fā)展 功能材料 是當(dāng)代新技術(shù)中能源技術(shù)、空間技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。又如有關(guān)磁記錄和磁光記錄材料、高溫超導(dǎo)材料、光電轉(zhuǎn)換材料等都將有進一步的發(fā)展。航天飛機推進系統(tǒng)中超音速燃燒沖壓式發(fā)動機，燃燒氣體溫度超過2023℃ ；燃燒室壁另一側(cè)又要經(jīng)受作為燃料的液氫的冷卻作用，溫度為－200℃ 。但是，用傳統(tǒng)的技術(shù)將金屬和陶瓷結(jié)合起來時，由于二者的界面熱力學(xué)特性匹配不好，在極大的熱應(yīng)力下還是會遭到破壞。在低溫、高壓、高真空、高溫以及輻射條件下，材料的結(jié)構(gòu)和組織將會轉(zhuǎn)變，并由此引起性能變化。另外，對太空、深海洋等工程技術(shù)所用的材料也將繼續(xù)深入研究。通過電子計算機的應(yīng)用以及量子力學(xué)、系統(tǒng)工程和統(tǒng)計學(xué)的運用，可以在微觀與宏觀相結(jié)合的基礎(chǔ)上進行材料設(shè)計和選用，使之最佳化。 為什么本課程學(xué)習(xí)材料失效？二、失效原