【正文】 al,Enhancement of Fracture Toughness by Ar ,1975,11Chen Daming et 他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。研究表明，超高強(qiáng)度鋼還具有較大的應(yīng)力敏感性和氫脆傾向，因此其表面保護(hù)不能采用鍍鋅鍍鉻等鍍層保護(hù)，必須采用磷化處理及油漆保護(hù)方能取得良好的效果。其漆干燥迅速，一般在常溫干燥即可，是一種優(yōu)良的揮發(fā)性漆，若經(jīng)100C左右烘烤1~2小時(shí)，其性能可進(jìn)一步提高。⑤ 具有優(yōu)良的抗化學(xué)品性能，并耐水、耐高溫、耐紫外線(xiàn)等。6 涂裝高強(qiáng)度鋼的涂裝所采用的油漆主要有一下幾種：1）丙烯酸漆的特性① 漆膜干燥迅速，其實(shí)際干燥速度與硝基漆相似而快于過(guò)氯乙烯漆。在某些情況下，磷化后涂漆所得的復(fù)合膜的防護(hù)性能比金屬覆膜還好。由于基體金屬的導(dǎo)電性和覆膜與基體之間的毛細(xì)管作用，在覆膜損壞的地方便構(gòu)成微電池，基體便從這里開(kāi)始腐蝕并向四面八方擴(kuò)散出去。漆膜的主要作用是防止基體金屬在其使用環(huán)境發(fā)生腐蝕。5涂漆前的磷化處理很久以前，人們便發(fā)現(xiàn)磷化膜對(duì)鐵類(lèi)金屬的防護(hù)性能。如果確實(shí)如此，就表明是以撕裂的形式斷裂，消耗較多的能量，從而使提高。由此可見(jiàn)，貝氏體鐵素體板條間A的有助于改善鋼的韌性。 光學(xué)金相組織800 190淬火回火后的組織 300等溫淬火后，貝氏體中的Ar 但是，40CrMnSiMoVA鋼320等溫淬火得到的上、下貝氏體混合組織，卻能在保持超高強(qiáng)度的同時(shí)，具有相當(dāng)好的韌性，并且具有好的疲勞性能。（a）300淬火回火 （b）190淬火回火 斷裂韌性試樣斷口1000 （二者復(fù)型部位相同）1000 320等溫淬火后，得到以貝氏體為主、加少量馬氏體和（M－A）島組織，其中有下貝氏體，也有上貝氏體，但它們都不是典型的上，下貝氏體，而是由貝氏體鐵素體板條和板條間的殘余奧氏體（A）組成的（）。（疲勞區(qū)），也可以看出，（a）中的多沖疲勞條帶窄且起伏大，（b）中的疲勞條帶較寬，整個(gè)斷面也較平滑。除，外，300等溫淬火后鋼的其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均不同程度地優(yōu)于190等溫淬火者。等溫?zé)崽幚恚?20加熱1小時(shí)，爐冷至700保溫4小時(shí)，爐冷。斷口的形貌表明斷裂情形與其抗拉強(qiáng)度、延伸率是一致的。820加熱油淬+180回火的形貌為典型韌性斷裂，伴有韌性撕裂帶許多韌窩。延伸率明顯下降。隨著淬火溫度的提高，硬度增加。860以上淬火加熱時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)未溶的鐵素體。綜合各種參數(shù)后，選擇了三種不同的工藝A：820油淬，180回火；B：860油淬，200回火。預(yù)冷可減小工件在隨后快冷時(shí)各處（薄處與厚處，或表面與心部）之間的溫度差，從而降低淬火變形和開(kāi)裂的傾向。實(shí)際上，把這種方法稱(chēng)為“低于M點(diǎn)的分級(jí)淬火法”更為合適。貝氏體等溫淬火法是將加熱好的工件置于溫度高于M點(diǎn)的淬火介質(zhì)中，保持一定時(shí)間，使其轉(zhuǎn)變成下貝氏體，然后取出空冷。保持一定時(shí)間，待工件各部分的溫度基本一致時(shí)，取出空冷（或油冷）。第二種冷卻介質(zhì)不一定局限于油，也可以是其它介質(zhì)(熱浴)?？梢?jiàn)整個(gè)冷卻過(guò)程中，工件表面與中心的溫差較大，這會(huì)造成較大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，從而易引起變形和開(kāi)裂。從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)，40CrMnSiMoVA鋼是我國(guó)研制定型的一種無(wú)Ni超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，立足于國(guó)內(nèi)資源，可代替30CrMnSiNi2A鋼，用于制造飛機(jī)起落架等重要零件。零件的焊接可采用手工電弧焊、等離子焊和真空電子束焊，均可滿(mǎn)足焊接生產(chǎn)要求。40CrMnSiMoV鋼試樣，在抗拉強(qiáng)度為1667MPa時(shí)，旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限為775MPa；缺口旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限為559~569MPa；。該部件的總體加工方案是模鍛、機(jī)械加工、焊接和熱處理，因此選擇材料不僅要考慮強(qiáng)度指標(biāo)，而且要考慮工藝性能的好壞及經(jīng)濟(jì)性。這里材料的高強(qiáng)度（特別是循環(huán)強(qiáng)度）和疲勞性能（主要是在10~10周次壽命范圍內(nèi)的情況）是設(shè)計(jì)指標(biāo)；塑性、韌性是經(jīng)驗(yàn)選取指標(biāo)；斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率是進(jìn)一步提出起落架安全性的參考指標(biāo)。這些災(zāi)難性的事故，不僅直接影響作戰(zhàn)訓(xùn)練，造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅生命安全。把電子金相和故障樹(shù)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可為斷裂事故分析提供一種普遍適用的方法。鋼中P,S,C的含量多少是影響可焊性的重要因素，對(duì)中C超高強(qiáng)度鋼來(lái)說(shuō)，P、S的總量應(yīng)符合 (P+C)時(shí)，才是可焊的。此外，還要注意環(huán)境溫度和介質(zhì)的性質(zhì)，起落架環(huán)境溫度不高，就不用中合金或高合金超高強(qiáng)度鋼，選用低合金超高強(qiáng)度鋼就可滿(mǎn)足要求。因此加工過(guò)程中不允許有導(dǎo)致吸[H]工序。增加變形速率與降低溫度有類(lèi)似效應(yīng)，大多數(shù)鋼的斷裂韌性隨著加載速度的提高而降低，但不同顯微組織的超高強(qiáng)度鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率隨著加載速度的規(guī)律還缺乏系統(tǒng)的研究，同時(shí)各類(lèi)飛機(jī)起落架受載時(shí)的變形速率也有所不同。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)。對(duì)超高強(qiáng)度鋼還要考慮斷裂韌性與裂紋擴(kuò)展速率。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。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。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。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(lèi)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)。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。加入錳、硅會(huì)增大鋼的過(guò)熱敏感性。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。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。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。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。切削性能與材料硬度有密切關(guān)系。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。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。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。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。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。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。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。回火溫度的提高，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。大多數(shù)低溫鋼都是高鎳鋼。 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。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。中、低強(qiáng)鋼( ∠600MN/㎡)和高強(qiáng)鋼（ ﹥100MN/㎡）。按照斷裂的性質(zhì)分，它可分為兩類(lèi)：脆性斷裂，斷裂時(shí)不發(fā)生明顯的塑性變形；韌性斷裂，斷裂時(shí)生顯著的塑性變形。此外，有些合金元素還可使鋼產(chǎn)生二次硬化，得到良好的高溫性能。合金元素通過(guò)置換固溶強(qiáng)化機(jī)制，能夠直接提高鋼的強(qiáng)度，但作用有限。淬火后回火，馬氏 中的同細(xì)碳化物粒子，間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化效應(yīng)。2）鋼的強(qiáng)化 提高鋼強(qiáng)度最重要的方法是淬火和隨后回火。面心立方金屬（例如Cu、Al）利用位錯(cuò)強(qiáng)化是很有利的。片愈細(xì)，間距愈小，強(qiáng)化作用愈大。因此，要求第二相粒子有很高的彌散度。第二相強(qiáng)化：運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)通過(guò)位于滑移面上的第二相粒子時(shí)，需要消耗額外的能量，使合金發(fā)生強(qiáng)化。大角度晶界的Kg值較大，小角度晶界的Kg值較小，前者比后者的強(qiáng)化作用大得多。晶界能有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使金屬?gòu)?qiáng)化。間隙式溶質(zhì)原子（如鋼中的C、N等）所產(chǎn)生的強(qiáng)化量 ，大致與溶質(zhì)濃度的平方根成正比（強(qiáng)化作用較置換式溶質(zhì)原子大10100倍以上）： =式中Ci代表間隙的原子百分濃度；Ki是比例系數(shù)。由前面已經(jīng)闡述過(guò)的金屬結(jié)構(gòu)中能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙可以主要?dú)w納為四種，因而強(qiáng)化機(jī)制也有四種：溶質(zhì)原子——固溶強(qiáng)化；晶界——細(xì)晶強(qiáng)化；第二相粒子——第二相強(qiáng)化；位錯(cuò)——位錯(cuò)強(qiáng)化。鋼中加入適當(dāng)?shù)腗o或W（%Mo,1%W），因強(qiáng)烈阻礙和延遲雜質(zhì)元素等往晶界的擴(kuò)散偏聚，也可基本上消除這類(lèi)脆性。產(chǎn)生以上兩類(lèi)二次硬化效應(yīng)的合金元素見(jiàn)表2。2）產(chǎn)生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的鋼回火時(shí)，硬度不是隨回火溫度的升高單調(diào)降低，而是到某一溫度（約400℃）后反而開(kāi)始增大，并在另一更高溫度（一般為550℃左右）達(dá)到峰值。此外，合金元素還影響馬氏體的形態(tài)，Ni、Cr、Mn、Mo、Co等均增大片壯馬氏體形成的傾向。其作用強(qiáng)度的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。必須指出，加入的合金元素，只有完全溶于奧氏體中時(shí)才能提高淬透性的元素使用。 合金元素對(duì)碳鋼C曲線(xiàn)的影響這是鋼中加入合金元素的主要目的之一。：Si、Ni、Cu。碳化物形成元素的作用最明顯，因形成的碳化物在高溫下較穩(wěn)定，不易溶于奧氏體中，能阻礙其晶界外移，顯著細(xì)化晶粒。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長(zhǎng)的時(shí)間。例如，%C的3Cr2W8V熱模具鋼已為過(guò)共析鋼，%的Wl8Cr4V高速鋼，在鑄態(tài)下已具有萊氏體組織。（a）所示。 鋼中常見(jiàn)碳化物的類(lèi)型及基本特性合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響與對(duì)純鐵的影響類(lèi)似，但更復(fù)雜一些。而與碳的親合力很強(qiáng)的元素V、Nb、Zr、Ti等，幾乎都是形成特殊碳化物。常用碳化物形成元素有：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等（按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強(qiáng)的次序排列。 Cr，原子% Nb原子% Fe－Cr相圖 Fe－Nb相圖 縮小區(qū)的FeMe相圖上述元素中，只有C、N、B、與鐵形成間隙固溶體，其它均與鐵形成置換固溶體。 縮小相區(qū)元素 亦稱(chēng)鐵素體穩(wěn)定化元素，主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。按照合金元素對(duì)aFe或Fe的作用，可將它們分為兩大類(lèi)。2高強(qiáng)度鋼的合金化機(jī)理及分析合金元素在鋼中的作用非常復(fù)雜，到目前為止對(duì)它的認(rèn)識(shí)還很不全面。由于磷化膜不夠致密不能對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼零件起到長(zhǎng)期有效的保護(hù)，所以要涂漆加以保護(hù)。隨著強(qiáng)度的提高，缺口敏感性增加,出現(xiàn)氫脆、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞問(wèn)題，強(qiáng)度超過(guò)一定限度后斷裂韌性降低，直接影響部件的使用可靠性和使用壽命，甚至?xí)谑褂弥型蝗粩嗔?。其中低合金超高?qiáng)度鋼是超高強(qiáng)度鋼中的佼佼者。