結(jié)構(gòu)鋼的韌性及影響因素-本科生畢業(yè)設(shè)計說明書-資料下載頁
2025-06-04 11:48本頁面
【正文】 試驗方法 材料采用 Q235 鋼及 45 鋼加工成 20 20 20 的金相樣品，為了評價處理后的韌性，每種材料同時加工成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣多個。實驗采用兩種工藝對材料進(jìn)行氮碳共滲處理，為提高滲速加入特殊的催滲劑，具體工藝如表 1 所示。氮碳共滲處理過程中加入特殊的催滲劑。對經(jīng)過處理后的樣品采用退火工藝進(jìn)行處理，具體工藝如下：將經(jīng)兩種工藝處理后的 Q235 鋼和 45鋼的試樣各取 1 個，放入保溫箱中 300℃下保溫，對處理后的樣品試樣進(jìn)行金相形貌分析，并進(jìn)行沖擊實驗評價各種處理后韌性。采用掃描電鏡對具有代表性的試樣斷口形貌進(jìn)行觀察，對比不同工藝，不同材料斷口形貌，判斷斷裂機(jī)制從微觀形貌特征分析韌性降低的機(jī)理。 試驗結(jié)果與分析 經(jīng)不同氮碳處理工藝處理后樣品的滲層深度與沖擊韌性值如表 2 所示：從表 2 中的具體數(shù)據(jù)可以看到，經(jīng)過 共滲后的樣品其沖擊韌性值比這些鋼原始的沖擊數(shù)值均有不同程度的降低。 Q235 鋼與 45 鋼經(jīng)過氮碳共滲后沖擊韌性均有較大幅度的下降（ Q235 鋼原材 A k=149J 45鋼原材 A k = J）， Q235 鋼與 45 鋼的經(jīng)過氮碳共滲后滲層總深度兩者的滲層總深度基本相同，但由于材質(zhì)本身的含碳量差別較大導(dǎo)致其平均沖擊功差別仍然較大。氮碳共滲溫度對結(jié)構(gòu)鋼的韌性影響較大，在一定溫度范圍里，溫度越低韌性越好。 （ 1） NC 共滲后韌性下降的原因分析 由于 NC 共滲工藝過程中，利用 NH3 氣作為氣 源 ,在共滲溫度下分解產(chǎn)生的 N 原子滲入金屬表面，使得 N 和 Fe 結(jié)合在過度區(qū)生成 FeN 化合物。根據(jù)能量理論，這些化合物處在晶界附近能量最低。因此，它們會聚集到晶界附近，形成脆性相，試樣在沖擊載荷作用下，就會沿這些脆性相發(fā)生脆性斷裂 (如圖 圖 5 所示 )。同時氣體分解產(chǎn)生氫，且以原子狀態(tài)存在，在較高溫度下可以滲入到金屬表面，并向內(nèi)部擴(kuò)散。同樣根據(jù)能量理論，氫會偏聚到晶界附近，以氫為裂紋源，發(fā)生沿晶斷裂。因此，斷口呈現(xiàn)脆性沿晶內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程 設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 斷裂的斷口。 （ 2） 退火處理后韌性提高的原因分析 采用 300℃退火處理， 該溫度下氮化物會發(fā)生積聚長大，將使原來晶界處的化合物發(fā)生積聚，向晶內(nèi)生長形成針狀氮化物 ,減少了晶界的脆性相，且某些晶粒中析出了針狀 FeN 化合物（如圖 圖 7 所示），同時此溫度下，氫原子會向外擴(kuò)散，減少了基體內(nèi)氫致裂紋源的含量。因此， Q235 鋼經(jīng)退火處理后的試樣的沿晶析出物不僅比未經(jīng)退火處理過的試樣少，同時減少了氫對脆性的影響，因此提高了結(jié)構(gòu)鋼韌性值。 結(jié)論 (1)在 NC 共滲工藝過程中，由于 N 原子和 H 原子滲入基體，偏聚到晶界附近，分別形成 FeN 化合物脆性相和裂紋源，在受到外載 作用時，容易發(fā)生沿晶斷裂，從而使得結(jié)構(gòu)鋼韌性值下降。 (2)采用 300℃退火可以除去大部分氫，減少了基體內(nèi)氫致裂紋源的含量。同時使 FeN 化合物穿晶析出，降低了 FeN 化合物在晶界附近偏聚程度，減少了沿晶脆斷傾向。因此，大大提高 Q235 鋼經(jīng) NC 共滲后的韌性值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程 設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 第三章 結(jié)論 （ 1）提高結(jié)構(gòu)鋼的韌性，先要控制合金元素的成分和含量，首先是間隙原子碳的含量，其次是溶質(zhì)原子，如 P,As,Sb,Sn 等在晶界偏聚，降低原子間結(jié)合力，導(dǎo)致晶界弱化。 （ 2）盡量減少鋼中第二相的數(shù)量，由于孔坑 主要起源于第二相，如氧化物，硫化物夾雜，和碳化物，氮化物等。 （ 3）結(jié)構(gòu)鋼的基體是大量的鐵素體和少量的珠光體，細(xì)化晶粒，強化基體韌性能顯著體高結(jié)構(gòu)鋼的韌性。 （ 1）淬火后低溫回火的低碳鋼比相同強度的中碳鋼具有更高的斷裂韌性 。中碳鋼隨回火溫度升高、強度下降 ,斷裂韌性上升。碳含量及其碳化物形態(tài)和分布對結(jié)構(gòu)鋼影響很大。 （ 2）馬氏體組織由于晶粒細(xì)小，晶界能高，具有極高的解理斷裂應(yīng)力以及在同樣溫度下低的斷裂韌性 ,鐵素體截然相反 ,貝氏體位于其間。 （ 3）在馬氏體與下貝氏體組織中、觀察到輪廓清楚的“束”屈服應(yīng)力基本由該 束的直徑控制 ,如果鋼的顯微組織為上貝氏體 ,“束”由輪廓清楚的“塊”所組成 ,“塊”的尺寸控制屈服應(yīng)力。隨著“束”直徑的減小 ,鋼的強度與韌性得到改善。 （ 4）碳氮共滲過程中由于氫滲入基體，同時在晶界形成 FeN 化合物 ，結(jié)果導(dǎo)致結(jié)構(gòu)鋼變脆。采用去氫退火方法可除去大部分氫，同時會使 FeN 化合物穿晶析出，降低了 FeN 化合物在晶界附近偏聚程度，減少了沿晶脆斷傾向，顯著提高結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)NC 共滲后的沖擊韌性值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 課程 設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 參考文獻(xiàn) [1]洪友士 .不同碳量和回火溫度的 Cr_Mo 結(jié)構(gòu)鋼的斷裂韌 性 [J]金屬制品， 1981，（ 5）： 610. [2]李文亮 .高強結(jié)構(gòu)鋼 Q420 低溫斷裂韌性研究 [J]山西電力科學(xué)研究院 ,2021，(4):4243 [3]王云飛 .結(jié)構(gòu)鋼氮碳共滲后韌性下降的原因分析 _[J]西南交通大學(xué) .2021，（ 4）： 3233. [4]余建 .磷含量對船板結(jié)構(gòu)鋼性能的影響 [J]常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 2021，（ 5）：185186. [5]林小孝 .五國結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)比較與分析 [J]冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量， 1996，（ 8）： 3941. [6]YOSHI [J]南昌航空工業(yè)學(xué)院 ,:1987，（ 4）： 1219. [7]羅曼尼夫 .影響結(jié)構(gòu)鋼斷裂韌性的組織因素 [J]金屬熱處理， 1978，（ 3）： 6162. [8]董世柱 .結(jié)構(gòu)鋼及其熱處理 [M]遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社： 2021. [9]侯兆新 .中國標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)鋼材走向國際鋼結(jié)構(gòu)市場的探索 [J]國家鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心 ， 2021，（ 3）： 5153. [10]楊瑞成 .組織和成分因素對低碳結(jié)構(gòu)鋼解理斷裂應(yīng)力及斷裂韌性的影響 [J]甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報 ， 1989，（ 3）： 6570. [11]Stratton P. Surface engineering with carbon and nitrogen [J]. Mater .world,1995,3(11): 530533.
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