【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 些第二相粒子或夾雜物為中心形成孔洞，然后孔洞長(zhǎng)大、匯合而導(dǎo)致斷裂，在斷口上有大量窩坑，是一種韌性斷裂形式；第三種是沿晶斷裂，裂紋由晶界產(chǎn)生并沿晶界傳播而發(fā)生斷裂，是很脆的斷裂形式，主要由于晶界上元素富集，析出第二相特別是脆性相所引起。材料實(shí)際斷裂的形式主要與溫度和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。中、低強(qiáng)鋼( ∠600MN/㎡)和高強(qiáng)鋼（ ﹥100MN/㎡）。 低溫下發(fā)生的是解理斷裂，高溫下發(fā)生的是韌窩斷裂，中間存在一個(gè)從脆性（解理）到韌性（韌窩）斷裂的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的溫度（其實(shí)為溫區(qū)）稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度（TC），它實(shí)際上由鋼的解理斷裂抗力來(lái)決定。低、中強(qiáng)鋼的TC較高，而且在TC以下解理斷裂時(shí)韌性非常低，在TC以上韌窩斷裂時(shí)韌性較高，所以只要不發(fā)生解理斷裂，它們一般都有足夠高上由鋼的解理斷裂抗力來(lái)決定。低、中強(qiáng)鋼的TC較高，而且在TC以下解理斷裂時(shí)韌性非常低，在TC以上韌窩斷裂時(shí)韌性較高，所以只要不發(fā)生解理斷裂，它們一般都有足夠高 三種基本斷裂形式的示意圖的韌性。這樣，判斷其韌性大小的標(biāo)準(zhǔn)，不是沖擊韌性的絕對(duì)值，而是TC的高低。高強(qiáng)鋼的解理斷裂抗力比低、中強(qiáng)鋼低得多（韌性隨溫度的變化平穩(wěn)），因此決定韌性的是韌窩斷裂抗力，鋼的韌性用使用溫度下的沖擊韌性或斷裂韌性值來(lái)衡量。 中、低強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋼的沖擊韌性隨溫度變化的關(guān)系2）提高鋼韌性的途徑與強(qiáng)度比較，韌性對(duì)組織更敏感，影響強(qiáng)度的因素，對(duì)韌性的影響更大。從圖中可見(jiàn)，細(xì)晶強(qiáng)化和部分元素的置換固溶強(qiáng)化能降低TC，可用來(lái)提高鋼的韌性；間隙固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化降低韌性，應(yīng)該控制；析出強(qiáng)化對(duì)韌性的影響較小，所以提高鋼的韌性有以下途徑。 鋼中加入少量Ti、V、Nb、Al、等元素，形成TiC、VC、NbC、AlN等細(xì)小穩(wěn)定的化合物粒子，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，使鋼晶粒細(xì)化，增多晶界的總面積， 各種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響這不僅于強(qiáng)度有利，而且因增大了裂紋擴(kuò)展有阻力，能顯著提高鋼的韌性特別是低溫韌性。 合金元素置換固溶于鐵素體中，一般都提高鋼的強(qiáng)度，并且按照韌性的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化規(guī)律（即強(qiáng)度愈高，韌性愈低，或強(qiáng)度愈低，韌性愈高）要降低鋼的韌性。但是某些置換元素例如鎳，溶入鐵素體中能改變位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，使其容易繞過(guò)某些障礙，避免產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，而不至導(dǎo)致解理斷裂，所以可大大改善基體的韌性。鎳含量超過(guò)13%時(shí)，甚至能消除韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。大多數(shù)低溫鋼都是高鎳鋼。錳也能有效地降低鋼的TC，改善鋼的韌性。 鋼的間隙固溶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化是最有效的強(qiáng)化方法，但它們帶來(lái)較大脆性。加入合金元素提高鋼的回火穩(wěn)定性，可以保證鋼在達(dá)到相同強(qiáng)度的條件下提高回火溫度?；鼗饻囟鹊奶岣?，能更充分地降低間隙固溶程度和位錯(cuò)密度，更多地減輕其脆化作用，而使鋼的韌性顯著改善。 鋼中的碳化物和脆性相可能自身斷裂，或與基體脫開(kāi)，成為解理裂紋的核心；或者成為韌窩斷裂時(shí)孔洞形成的中心，從而使韌性下降。粗大的碳化物對(duì)強(qiáng)度和韌性沒(méi)有任何好處。在考慮耐磨性而必須含有碳化物時(shí)，它們的粒子應(yīng)盡量細(xì)小并分布均勻，這同時(shí)對(duì)強(qiáng)度和韌性都有利。在組織為鐵素體和珠光體的鋼中，錳對(duì)碳化物的細(xì)化作用最有效。一般，含鉻的滲碳體和鉻、釩的碳化物都很細(xì)小，分布也最均勻，所以常用于韌性不高的過(guò)共析鋼中。 非金屬夾雜、氫及其它雜質(zhì)元素在合金鋼中的有害作用表現(xiàn)得最強(qiáng)烈，對(duì)它們要嚴(yán)格控制。鉬、鎢因能抑制雜質(zhì)元素的晶界富集，可消除或減輕鋼的回火脆性。稀士元素具有強(qiáng)烈的脫氧和去硫能力，對(duì)氫的吸附能力也很大，另外還能改善非金屬夾雜物的形態(tài)，使其在鋼中呈粒狀分布，所以可以顯著改善鋼的韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響 工藝性能反映零件加工的難易程度。材料沒(méi)有良好的工藝性能，很難獲得廣泛應(yīng)用。鋼的工藝性能主要包括以下幾方面。1）鑄造性能 鑄造性能主要由鑄造時(shí)金屬的流動(dòng)性、收縮特點(diǎn)、偏析傾向等來(lái)綜合評(píng)定。它們與固相線和液相線溫度的高低及結(jié)晶溫區(qū)的大小有關(guān)。固、液相線的溫度愈低和結(jié)晶溫區(qū)愈窄，鑄造性能愈好。因此合金元素的作用取決于其對(duì)相圖的影響。共晶成分的鑄造性能最好，鋼因離共晶成分較遠(yuǎn)，鑄造性能較差，另外，許多元素如Cr、Mo、V、Ti、Al等，在鋼中形成高熔點(diǎn)碳化物或氧化物質(zhì)點(diǎn)，增大鋼液粘度，降低其流動(dòng)性，使鑄造性能惡化。2）塑性加工性能 塑性加工分熱加工和冷加工。熱加工工藝性能通常由熱加工時(shí)金屬的塑性和變形抗力、可加工溫度范圍、抗氧化能力、對(duì)鍛造加熱鍛后冷卻的要求等來(lái)評(píng)價(jià)。合金元素溶入體中，或在鋼中形成碳化物（如鉻、鉬、鎢、釩等），都使鋼的熱變抗力提高和熱塑性明顯下降，而容易鍛裂。但有些元素（如Nb、Ti、V等），其碳化物在鋼中彌散分布時(shí)，對(duì)塑性影響不大。合金元素一般都降低鋼的導(dǎo)熱性和提高鋼的淬透性，為了防止開(kāi)裂，合金鋼鍛造時(shí)加熱和冷卻都必須緩慢?？偟恼f(shuō)，合金鋼的鍛造性能比碳鋼差得多。冷加工（冷沖壓、冷鐓、冷彎等）工藝性能主要包括鋼的冷變形能力和鋼件的表面質(zhì)量?jī)煞矫?。合金元素溶于固溶體中時(shí)都提高鋼的冷加工硬化率，使鋼變硬、變脆，易開(kāi)裂，或難以繼續(xù)成形。碳含量的增高，使鋼的拉延性能變壞，所以冷沖壓鋼都是低碳鋼。Si、Ni、Cr、V、Cu等降低鋼的深沖性能，Nb、Ti、Zr、和Re因能改善硫化物的形態(tài)，提高鋼的沖壓性能。3）焊接性能 焊接性能是一般指金屬的可焊性和焊接區(qū)的使用性能，主要由焊后開(kāi)裂的傾向性和焊接區(qū)的硬度來(lái)評(píng)判。合金元素都提高鋼的淬透性，促進(jìn)較脆組織（馬氏體）的形成，對(duì)焊接性能不利。通常使用“碳當(dāng)量”Ccq來(lái)估計(jì)化學(xué)成分對(duì)焊接性能的影響，即把合金元素的影響折合成碳的影響。例如，對(duì)于C﹥%的Mn鋼、熱軋鋼、調(diào)質(zhì)鋼，碳當(dāng)量Ceq為： =C+Mn+Si+Ni+Cr+Mo+V (%)式中元素符號(hào)代表其重量百分含量。實(shí)踐表明，Ceq﹤%時(shí)，焊接性能很好；Cep﹥—%時(shí)，焊接有困難，需要采取焊前預(yù)熱或焊后及時(shí)回火等措施。碳含量對(duì)鋼的焊接性能影響最大，焊接性能好的鋼是低碳鋼。合金元素含量愈高，焊接性能愈差。但鋼中含有少量鈦和釩，因形成穩(wěn)定的碳化物，使晶粒細(xì)化并降低淬透，可改善鋼的焊接性能。4）切削性能 切削性能為金屬被切削的難易程度和加工表面的質(zhì)量，通常由切削抗力大小、刀具壽命、表面光潔度和斷屑性等因素來(lái)衡量。切削性能與材料硬度有密切關(guān)系。實(shí)踐證明，鋼最適于切削的硬度范圍為HB170—230。硬度過(guò)低，切削時(shí)粘刀，易形成刀瘤，加工表面光潔度差；硬度過(guò)高，切削抗力大，刀具易磨損。顯微組織對(duì)切削性能有影響。比較適合切削加工的組織，對(duì)中、低碳鋼為細(xì)珠光體；對(duì)高碳鋼為球狀珠光體?；瘜W(xué)成分對(duì)切削性能有重大影響。%以下時(shí)，鋼的切削性能隨碳含量增加而改善；%時(shí)，需經(jīng)熱處理降低硬度。一般，合金鋼的切削性能比碳鋼差。即使在較佳切削硬度范圍內(nèi)，由于合金鋼中的碳化物較耐磨，耐熱鋼具有較高的高溫硬度，奧氏體不銹鋼有較強(qiáng)的加工硬化能力等等，使合金鋼比碳鋼更難切削。為了提高鋼的切削性能，可在鋼中特意加入一些改善切削性能的合金元素，于是形成了一類專用的易切削鋼。最常用的元素是硫。%以下，—%。硫在鋼中錳形成球狀硫化錳夾雜，破壞金屬基體的連續(xù)性，使切削抗力降低，切屑易于碎斷。其次是鉛和磷?！?，—%。鉛在鋼中完全不溶，以2—3um的極細(xì)微粒均勻分布于鋼中，使切屑易斷，同時(shí)起潤(rùn)滑作用，改善鋼的切削性能，少量磷深入鐵素體中，可提高其硬度和脆性，有利于獲得良好的表面光潔度。上述元素的復(fù)合加入，分別得到硫一磷易削鋼、硫一磷一鉛易削鋼，等等。5）熱處理工藝性能 熱處理工藝性能反映熱處理的難易程度和熱處理產(chǎn)生缺陷的傾向，主要包括淬透性、變形和開(kāi)裂傾向、過(guò)熱敏感性、回火脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高使淬火燥作變得比較容易，并且減少工件變形和開(kāi)裂的傾向。氧化脫碳傾向最強(qiáng)烈的是含硅鋼，其次是含鎳鋼和含鉬鋼。加入錳、硅會(huì)增大鋼的過(guò)熱敏感性。3 飛機(jī)起落架的選材問(wèn)題 起落架的服役條件起落架是飛機(jī)起飛或降落的關(guān)鍵部件。它具有重量輕（約占飛機(jī)重量的3%~5%）、體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。與飛機(jī)的其他構(gòu)件不同，它承受地面載荷，即在飛機(jī)降落時(shí)承受飛機(jī)的全部重量和慣性力，而在空中不承受任何載荷。就飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性來(lái)說(shuō)，它又是重要而薄弱的構(gòu)件。為了減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量和壓縮起落架的收藏空間，起落架材料應(yīng)有高的彈性摸量和高強(qiáng)度（這是用靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)保證起落架使用壽命和可靠性的方法之一），因此選用超高強(qiáng)度鋼是不可避免的。在選用材料的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮持續(xù)的振動(dòng)和疲勞載荷對(duì)材料強(qiáng)度的影響，就是說(shuō)材料的屈服強(qiáng)度，在使用過(guò)程中，并不是恒定不變的。超高強(qiáng)度鋼在疲勞條件下會(huì)出現(xiàn)明顯的循環(huán)軟化。為了準(zhǔn)確確定其指標(biāo)的具體數(shù)值，根據(jù)起落架的幾何尺寸，工作中承受載荷的大小，計(jì)算出零件的工作應(yīng)力分布，再根據(jù)應(yīng)力、使用壽命或安全性與實(shí)驗(yàn)室性能之間的關(guān)系，確定對(duì)實(shí)驗(yàn)室性能指標(biāo)的要求，并參與已有或類似的零件使用情況，進(jìn)行最后修正，甚至在零件使用前進(jìn)行模擬試驗(yàn)。飛機(jī)在起飛或降落時(shí)，由于跑道不平整，起落架承受著強(qiáng)烈的振動(dòng)和脈動(dòng)載荷；飛機(jī)降落時(shí)與跑道發(fā)生沖擊，所以有承受巨大的沖擊載荷，尤其在應(yīng)付粗暴著陸及應(yīng)急著陸的情況下，起落架應(yīng)有保證能量?jī)?chǔ)備吸收的要求，同時(shí)允許結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不失去功能的永久變形，但不應(yīng)破壞（由于起落架的形狀復(fù)雜，有時(shí)在局部應(yīng)力集中部位超過(guò)材料屈服應(yīng)力的情況也難免要發(fā)生）。這就需要通過(guò)給定的下沉速度和相當(dāng)質(zhì)量來(lái)明確規(guī)定其緩沖系統(tǒng)吸收的功量，對(duì)材料來(lái)說(shuō)要有一定的塑性和韌性。各國(guó)均有明確規(guī)定，同時(shí)要求延伸率和斷面收縮率，其經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)一般取8%、35%、和59J/cm。就飛機(jī)安全性而言，安全壽命設(shè)計(jì)為飛機(jī)設(shè)計(jì)使用壽命和可靠性要求的基本方法。到目前為止，世界上絕大多數(shù)飛機(jī)都是基于各自的疲勞強(qiáng)度規(guī)范用安全壽命設(shè)計(jì)來(lái)保證飛機(jī)的安全。我國(guó)新機(jī)種的設(shè)計(jì)除用靜強(qiáng)度外，也采用安全壽命設(shè)計(jì)的原則。飛機(jī)起落架在著落承受沖擊、起轉(zhuǎn)回彈、轉(zhuǎn)彎剎車(chē)、滑跑顛簸時(shí)都經(jīng)受著快速變化的載荷，因此被認(rèn)為是一種典型的承受沖擊疲勞的構(gòu)件。對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)而言，起落架著落時(shí)的損傷，一半以上是疲勞，而且這種損傷大多處于低周高應(yīng)力范圍，并且有時(shí)工作應(yīng)力 (a)起落架 (b)上接頭和下筒焊接裝配 起落架焊接裝配簡(jiǎn)圖會(huì)超過(guò)屈服強(qiáng)度，因此起落架所用的鋼應(yīng)有良好的抗沖擊疲勞性。沖擊疲勞除具有一般的疲勞特點(diǎn)外，還有一般疲勞所沒(méi)有的沖擊效應(yīng)。在沖擊載荷下，應(yīng)力應(yīng)變往往以波的形式傳播，在遇到界面時(shí)會(huì)發(fā)生波的反射和干涉現(xiàn)象，對(duì)拉伸沖擊疲勞受力狀態(tài)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，名義上只承受拉伸沖擊載荷的試樣，實(shí)際上承受的卻是拉——壓疲勞載荷；其次在沖擊載荷的作用下，材料的應(yīng)變速率很高，會(huì)引起疲勞斷裂機(jī)制的改變。因此要提高超高強(qiáng)度鋼的疲勞壽命，可能需要更高的塑性和韌性的配合，近來(lái)提出的疲勞無(wú)裂紋壽命表達(dá)式，對(duì)各種材料的沖擊疲勞性能全面定量比較，提供可取的研究方法。超高強(qiáng)鋼的疲勞強(qiáng)度并不總是隨著抗拉強(qiáng)度的提高的提高而成比例增加的，有時(shí)抗拉強(qiáng)讀越高，而疲勞極限與抗拉強(qiáng)度的比值反而下降。這種現(xiàn)象與在高強(qiáng)度下的缺口敏感性有關(guān)。，而超高強(qiáng)度鋼當(dāng)處理成抗拉強(qiáng)度為1765~1961MPa時(shí)，疲勞極限僅為588~686MPa,疲~，而橫向疲勞極限還會(huì)更低。許多超高強(qiáng)度鋼零件都是因疲勞損傷而斷裂的。對(duì)超高強(qiáng)度鋼還要考慮斷裂韌性與裂紋擴(kuò)展速率。一般來(lái)說(shuō)，在淬火、回火狀態(tài)下使用的中C合金結(jié)構(gòu)鋼，其斷裂韌性kc是隨著強(qiáng)度的提高而降低；因此，切不可單純追求高強(qiáng)度而使斷裂韌性過(guò)低。隨著冶煉方法的不同，雜質(zhì)少的材料斷裂韌性會(huì)高些，在選用起落架鋼的強(qiáng)度水平下，各種高強(qiáng)鋼的K1c值并無(wú)很大差別。其臨界裂紋長(zhǎng)度在任何情況下都是很短的，已出現(xiàn)裂紋的剩余強(qiáng)度并不能對(duì)起落架壽命給予很大貢獻(xiàn)，因此國(guó)內(nèi)還沒(méi)有堅(jiān)持要求對(duì)起落架進(jìn)行損傷容限分析。與飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)不同，原則上不允許起落架帶裂紋上天，因此斷裂韌性與裂紋擴(kuò)展速度率只能作為起落架超高強(qiáng)度鋼的參考指標(biāo)。隨著新材料的研制及新設(shè)計(jì)思想的發(fā)展，保證一定kc值可能會(huì)成為起落架材料