【正文】 增強(qiáng)（三）合金元素對(duì)機(jī)器零件用鋼的其它作用硅鉻鉬鎢釩鈦推遲回火轉(zhuǎn)變↑ 回火穩(wěn)定性回火 ： M過(guò)飽和度 ↓，消除應(yīng)力，殘余 A分解， ↑塑韌性。件用鋼 制備的基本思路 一般保證碳當(dāng)量＜ 0． 35％。牌號(hào) :注意常含的雜質(zhì)和 S、 P含量。焊接時(shí)熱影響區(qū)溫度超過(guò)鋼的臨界點(diǎn) (Ac3)，且使 A晶粒顯著 ↑，其它區(qū)域未被加熱，造成熱影響激冷，發(fā)生 M轉(zhuǎn)變 → 硬度 ↑，塑、韌性 ↓，同時(shí)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，使熱影響區(qū)常出現(xiàn)裂紋，稱謂 冷裂紋 。Cu含量太高可造成熱脆，在 1100最常用的鈍化措施是在金 用低碳鋼的原因之一。（一） 應(yīng)變時(shí)效 塑性變形后的時(shí)效。c.使用性能要求： 工作條件特點(diǎn)是：1.利用位錯(cuò)強(qiáng)化的途徑有那些 ?5.掌握合金元素在鋼中的分布狀態(tài)；合金元素與鐵和碳的相互作用；合金元素對(duì)鋼相變及熱處理工藝，力學(xué)性能的影響；提高鋼強(qiáng)韌性的途徑。FeCr） 3C。鈷和鋯： ↑自由能差，同時(shí)鈷還 ↑C擴(kuò)散速度，使 A穩(wěn)定性 ↓， ↑轉(zhuǎn)變。 貝氏體： 介于 P與 M間，過(guò)冷 A約在 350～ 240 對(duì)均勻真應(yīng)變影響不大，但對(duì)提高極限塑性有利 —— 位錯(cuò)分散，減小應(yīng)力集中，不易形成微孔坑、微裂紋。 溶劑－溶質(zhì)結(jié)合方式相同的區(qū)域和另一結(jié)合方式不同的區(qū)域形成反相疇界，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使金屬屈服強(qiáng)度提高。四、位錯(cuò)強(qiáng)化(一 )位錯(cuò)數(shù)量彌散強(qiáng)化是鋼中常見(jiàn)的強(qiáng)化機(jī)制，例如，淬火回火鋼及球化退火鋼都是利用碳化物做彌散強(qiáng)化相。層錯(cuò)能低，位錯(cuò)易擴(kuò)展，層錯(cuò)和溶質(zhì)原子交互作用使溶質(zhì)原子偏聚在層錯(cuò)附近，形成鈴木氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)造成 A強(qiáng)化。 因此，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，就可達(dá)到強(qiáng)化目的。另一方面 由于合金元素與碳有著不同的親和力，對(duì)相變過(guò)程中碳的擴(kuò)散速度有較大影響；碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低碳原子的擴(kuò)散速度；弱碳化物形成元素及大多數(shù)非碳化物形成元素則無(wú)此作用，甚至某些元素 (如鈷 )還有增大碳原子擴(kuò)散的作用。(2) 穩(wěn)定性： 熔點(diǎn)、分解溫度、溶入固溶體難易穩(wěn)定性高 → 難以集聚長(zhǎng)大、強(qiáng)化效果好 → 提高回火溫度、高溫使用性能提高回火溫度 ：使基體組織恢復(fù)充分，殘余 A少，碳化物彌散，鋼塑性、碳化物形成元素 ：如鈦、鈮、鋯、釩、鉬、鎢、鉻、錳等。 例如，為了獲得奧氏體型不銹鋼，通常向鋼中加人大量的 Ni、 Mn、 N等奧氏體形成元素；為獲得鐵素體型不銹鋼，通常向鋼中加入大量的 Cr、 Si、 A Mo、 Ti等鐵元素形成元素。如碳、氮、鎳、錳、銅、鈷等。3)二、為什么發(fā)展合金鋼？ 鋼鐵是最常用最主要的工程材料，在所有金屬材料中人類對(duì)鋼鐵的研究時(shí)間最長(zhǎng)，最深入，最系統(tǒng)。在民航總局領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心下，在適航司和適航中心領(lǐng)導(dǎo)的幫助下，配置了一套失效分析最常用的分析儀器及設(shè)備。日，民航總局批準(zhǔn)由適航中心正式組建航空材料失效分析室（為了方便與航空 但適航部門已經(jīng)注意到了這種事件已構(gòu)成重復(fù)性、多發(fā)性故障。同時(shí)在裂紋起源處找到了產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺陷。經(jīng)分析，疲勞裂紋起源于葉片的缺陷是在葉片鑄造時(shí)產(chǎn)生的?！?提高材料的 使用性能 、 經(jīng)濟(jì)性 ，最終準(zhǔn)確、合理地使用材料。如板條狀位錯(cuò)型馬氏體的應(yīng)用、亞溫淬火、超細(xì)晶粒處理、形變熱處理和復(fù)合熱處理、超高溫淬火、碳化物的微細(xì)化處理、高碳鋼和滲碳鋼的短時(shí)加熱淬火等。提高強(qiáng)韌性。(3)疲勞斷裂：最終斷裂是 瞬時(shí) 的，因此 危害性較大 。另外，焊接所引起的殘余應(yīng)力也會(huì)引起零件的早期失效。例如汽輪機(jī)葉片，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，經(jīng)常發(fā)生共振損壞。非晶態(tài)合金具有高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn)，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。二維 的薄膜材料發(fā)展迅速，金剛石薄膜和有機(jī)高分子薄膜十分誘人，高溫超導(dǎo)薄膜也尤為突出。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(shí)際上工程材料的含義遠(yuǎn)非如此， 凡與 工程 有關(guān)的材料均謂之 工程材料 。按照其基本成分分類見(jiàn)圖 1－ 1。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。目前已建立起計(jì)算機(jī)化的各種材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)輔助選材系統(tǒng)，并進(jìn)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。 (1)冶煉：冶煉工藝較差，會(huì)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(huì)成為疲勞源。因此對(duì)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)。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。其工作責(zé)任是研究重大的，多發(fā)性故障 。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。合金元素對(duì)鋼的相變和熱處理工藝性能的影響第一節(jié) 碳化物形成元素： 使塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度的降低，還降低耐磨性、耐蝕性，并影響淬透性。溶于 F、 A和 M中。碳化物特性碳化物 是鋼中 最重要的強(qiáng)化相 → 提高強(qiáng)度、硬度 。(一 )鐵素體的固溶強(qiáng)化 1．間隙式固溶強(qiáng)化F中固溶度很?。?C最大僅 ％），效果差?？傊?， 影響固溶強(qiáng)化作用 → 錯(cuò)配度 與 固溶度 。 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。位錯(cuò)密度越高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)越易于發(fā)生相互交割，引起位錯(cuò)纏結(jié)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙越大，強(qiáng)化作用越大。但與晶界相比，位錯(cuò)胞壁的障礙強(qiáng)度系數(shù)小得多。(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）：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?！?生產(chǎn)中常用少量的鋁 (0． 005％質(zhì)量分?jǐn)?shù) )脫氧，形成極細(xì)小的 Al2O3和 A1N質(zhì)點(diǎn)，可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。A→ 珠光體（ αFe＋ Fe3C):需 C、合金元素再分配。其中碳的作用最強(qiáng)烈，其次是錳、鉻、鎳，再次為鉬、鎢、硅。Mo2C、 WC 等，這些碳化物顆粒細(xì)小、彌散分布，使鋼的 第一類 (不可逆 )回火脆 ：250～ 350③ 本身不參予偏聚，但促進(jìn)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。＜ ％），通常是熱軋空冷供貨（相當(dāng)于 正火 ） ，或正火回火，故其組織為： F＋少量 P√對(duì)構(gòu)件鋼的要求以工藝性能為主，以力學(xué)性能為輔。合金元素在鋼中的作用：↓碳、氮，或加入強(qiáng)碳化物形成元素（如鈦、鈮等，使碳、氮原子）與之結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物或氮化物，抑制柯氏氣團(tuán)形成，可避免沖壓時(shí)皺折的產(chǎn)生 。鋼的組織狀態(tài)：希望得到細(xì)小的 F晶粒和適量的細(xì)片 P。形成原因：時(shí)效過(guò)程中碳，氮原子（主要是氮）在位錯(cuò)周圍積聚，形成柯氏氣團(tuán)。、 ＋ 2H2O加入與 αFe形成固溶體，并提高 αFe電極電位的元素： Cr、 Ni、 Ti等。一、冷變形性能 變形抗力 ：隨 C、合金元素含量增高和晶粒細(xì)化而增大；傾向也增大。二、焊接性能 用途 ：大多用于中型結(jié)構(gòu)件（很少量用作要求低的機(jī)器零件）。什么是金屬材料塑脆轉(zhuǎn)變溫度？影響鋼塑脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素有哪些 ?3.種類多，用量大。,回 易切削鋼： 加入易切削元素，改善切削性能的鋼。鎢、鉬阻止偏聚，減弱或抑制第二類回火脆性的發(fā)展。（一）機(jī)器零件用鋼的淬透性淬透性將 不同碳、合金元素 的鋼 淬火 成 M后再 回火 形成不同的組織狀態(tài)是機(jī)器零 7.綜上所述，普低鋼合金化總的概念是：低碳，合金化時(shí)以錳為基礎(chǔ)，適當(dāng)加入鋁、釩、鈦、鈮、銅、磷及稀土等元素?！?輔加合金元素鋁、釩、鈦、鈮等普低鋼用量也很大，在加入合金元素時(shí)應(yīng)考慮國(guó)內(nèi)資源。● 工藝性能要求熱軋狀態(tài)具有高 σb在冷軋中，如果減縮率小于 20％，則在軋后要采用 950℃ 正火來(lái)細(xì)化晶粒，提高塑性；如采用低溫退火，會(huì)引起嚴(yán)重的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象；如果減縮率大于 20％，軋后采用再結(jié)晶退火 (650—750 ℃ )。防止 脫氧的鎮(zhèn)靜鋼冷軋板 (如 08A1)。主要用于制造厚度在 4mm以下的各種冷沖壓構(gòu)件，如車身、駕駛室、各種儀表及機(jī)器的外殼等。牌號(hào) ： 分為 Q19 Q21 Q23 Q255及 Q275等五類。S、 P、 Si↑之； Ti、 Zr、 Ce形成球狀硫化物， ↓之。[碳 ]局部變形 → 產(chǎn)生縮頸 → 塑性失穩(wěn)。加入合金元素：Cr： 最有效，但價(jià)格高，我國(guó)儲(chǔ)量少； P： 對(duì)耐大氣腐蝕性有利，特別是與 Cu共用時(shí)效果更好?！?利用鈍化效應(yīng)→Fe 3O4)的因素：1)低碳鋼的力學(xué)行為特點(diǎn)之一。簡(jiǎn)述合金元素對(duì)奧氏體層錯(cuò)能的影響 .3.可通過(guò) 600Mo、 大工件，淬火時(shí)自表面向內(nèi)，冷卻速度愈來(lái)愈慢。第五節(jié) 合金元素對(duì)鋼熱處理工藝性能的影響主要表現(xiàn)在： 淬透性 、 淬裂傾向性 及 回火脆 方面。2)在合金元素總量相同時(shí)，多元素的低含量的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一元素高含量。C擴(kuò)散速度；● 鈷和鎳 ：提高碳在 A中的擴(kuò)散速度，增大奧氏體的形成速度；● 硅、鋁、錳 ： 對(duì) C在 A中的擴(kuò)散速度影響不大。一般面心立方金屬中的位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)比體心立方金屬中的大，利用位錯(cuò)強(qiáng)化更有效。金屬中的位錯(cuò)密度與變形量有關(guān)，變形量越大，位錯(cuò)密度就越大，鋼的強(qiáng)度則顯著提高，但塑性明顯下降。 多種合金元素同時(shí)存在，強(qiáng)化可累加。間隙原子 C、 N固溶于 F晶格間隙 ， 阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) ，增加鋼的塑性變形抗力，提高鋼的 屈服強(qiáng)度 ，達(dá)到 強(qiáng)化 目的。(故在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚碇螅倘荏w和碳化物間應(yīng)保持最佳的合金元素含量分配率，以保證高的綜合性能 (如強(qiáng)度與塑性，強(qiáng)度與耐蝕性 )。Fe3C→M 23C6→M 6C→MC 穩(wěn)定性升高。碳化物具有 高硬度 ，其 形成碳化物的傾向性越強(qiáng)，其硬度越高 。(二 )合金元素與碳的相互作用 是形成碳化物，還是形成固溶體？ 取決于形成碳化物的趨勢(shì)及其含量。提高 A層錯(cuò)能的元素：如鎳、銅、碳等。和擴(kuò)大 F區(qū)，優(yōu)先分布于 F中。合金化基礎(chǔ)：合金元素與 Fe、 C的基本作用，一般規(guī)律，即共性。一、鋼的合金化航空材料失效分析室的設(shè)備效分析部門聯(lián)系，現(xiàn)稱航空材料失效分析室）。失效分析結(jié)果反饋到相關(guān)部門后，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。斷口特點(diǎn)的形態(tài)及種種與英國(guó)事件的不同性均證實(shí)了缺少鍛造后的正火處理。分析后得出因有腐蝕介質(zhì)的流入而引起應(yīng)力腐蝕疲勞開裂。 我國(guó)的波音 747一 SP型飛機(jī)在 89年時(shí)出現(xiàn)了一次機(jī)翼前梁腹板的上緣處開裂事件，整個(gè)裂紋長(zhǎng)達(dá) 660毫米。同時(shí)此型發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有防 “飛轉(zhuǎn) ”措施。掌握材料化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。四、提高失效抗力的方法（從材料角度）第 3節(jié) 失效形式多，機(jī)理復(fù)雜，占較大比率。(二 )斷裂失效(1)塑性斷裂失效：斷裂前有一定塑料變形，一般是非災(zāi)難性的。2．熱處理 文獻(xiàn)報(bào)告表明，工模具失效大部分是熱處理不當(dāng)造成的。再者，還與使用環(huán)境等很多因素有關(guān)，可概括為四個(gè)方面：（一） 設(shè)計(jì) 應(yīng)從強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)形式、選材、使用條件和環(huán)境的影響等多個(gè) 方面 周密考慮 安全使用壽命問(wèn)題。所以必須分析失效原因，提出預(yù)防措施，這就發(fā)展了新學(xué)科 —— 失效分析學(xué)。工程材料失效分析一、概念與意義 失效 ：工程上所使用的工件在使用過(guò)程中失去所規(guī)定的功能。不僅學(xué)習(xí)各種材料的分類、基本特性、制備方法、用途，而且學(xué)習(xí)材料性能與組成、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝之間的內(nèi)在聯(lián)系、作用機(jī)理?，F(xiàn)正在開展高壓力及沖擊波對(duì)材料性能影響的試驗(yàn)研究，理論上預(yù)測(cè)氫在幾千萬(wàn)大氣壓下將轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài)，它在室溫時(shí)就具有超導(dǎo)性，它的實(shí)現(xiàn)還有待于高壓條件的創(chuàng)建。 從材料看，除了硅半導(dǎo)體外，化合物半導(dǎo)體受到越來(lái)越多的重視。纖維結(jié)構(gòu)材料是復(fù)合材料中的主要增強(qiáng)組分，它決定了復(fù)合材料的關(guān)鍵性能；纖維中的晶須，其強(qiáng)度和剛度可接近理論強(qiáng)度值；碳纖維、有機(jī)高分子纖維和陶瓷纖維均有廣闊的應(yīng)用前景。2．結(jié)構(gòu)材料趨向于復(fù)合化 盡管金屬材料采用了一系列強(qiáng)韌化措施及發(fā)展了非金屬材料，如高分子材料和陶瓷材料 ,但由于單一材料存在難以克服的某些缺點(diǎn)，如脆性、彈性模量低、比強(qiáng)度不足等?！豆こ滩牧蠈W(xué)》第 1章 序 論第 1節(jié) 概述一、工程材料 什么是工程材料？印象中工程材料是哪類材料？面向 21世紀(jì)，金屬材料仍占主導(dǎo)地位。一維 材料最突出的是光導(dǎo)纖維，可用于作通信工程材料。例如，由于超大容量信息通信網(wǎng)絡(luò)和超高計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對(duì)集成電路的要求越來(lái)越高，促進(jìn)集成度逐年增加。在陶瓷和金屬之間通過(guò)連續(xù)地控制內(nèi)部組成和微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，使兩種材料之間不出現(xiàn)界面，從而使整體材料具有耐熱應(yīng)力強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度也較好的新功能。例如，在高壓下的結(jié)構(gòu)材料，由于原子間距離縮短，材料將由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電體， Nb3S