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納米級析出物的強化作用!

嘉峪檢測網        2019-09-18 21:41

  鋼鐵材料的力學性能根據微細組織的狀態變化很大,所以應該通過適當地選擇化學組成和生產工藝條件來達到組織的最佳化。作為組織構成要素有,晶體中的化學缺陷溶質元素(夾雜物和合金元素)、結構性缺陷的原子空位和位錯、多晶體和包括結構/組成的不同的第二相時形成的晶界和異相界面。強化組織因子在塑性變形時,全部成為位錯移動的障礙,所以通過其利用可以強化材料。一般如果強度提高,延性和韌性就會降低,所以實際應用上需要改善其平衡的材料設計。

  如果使金屬材料中的第二相粒子彌散,由于母相和粒子的彈性常數以及粒子的體積分數和形狀的不同,宏觀彈性性質也不同,因此,屈服強度可以根據各種強化機制進行設計。塑性變形后達到加工硬化后最大變形應力的抗拉強度,材料的斷面邊緣均勻減少邊變形。關于延性,表示均勻變形極限應變的均勻伸長率、變形集中,斷面收縮局部發生的縮頸現象開始后,直到斷裂的變形量的局部伸長率,其后的斷裂伸長率成為重要的參數。縮頸開始是變形應力σ達到超過加工硬化率(dσ/dε)的塑性不穩定條件時發生,所以,提高加工硬化率(σ=Aεn),即提高n,是提高延性的方法之一。

  于是利用合金碳化物的納米級析出的高強度鐵素體鋼被提出來了。鋼的微細析出物被用于各種鋼。可作為納米級彌散的析出物有碳化物/氮化物、金屬間化合物和銅(Cu)等。低合金鋼最常用的析出物是碳化鐵(滲碳體),其尺寸在含有高密度位錯的微細彌散的回火馬氏體中是數十納米。為獲得充分的強化量,需要高碳化。而添加碳化物生成元素的馬氏體鋼,經500℃以上溫度回火處理,析出幾納米的合金碳化物。在添加鉬(Mo)、鈦(Ti)、鈮(Nb)和釩(V)等鋼中,與先析出滲碳體不同,是析出微細合金碳化物,呈回火二次硬化。具有Ti、Nb和V等B1(NaCl)型結構的合金碳化物的納米級析出,因鐵素體和碳化物間的界面本身或該碳化物周圍的共格應變場成為氫陷阱,所以對抑制高強鋼的延遲斷裂有效。

  鐵素體析出的Cu,析出初期生成與具有bcc結構的鐵素體共格的bcc團簇,隨著時效的進行,從密排層狀結構的9R向fcc結構轉變。因Cu是軟質粒子,所以在顯示切斷機制的析出強化時,也改善延性,該納米級析出也用于提高超低碳IF鋼的烘烤硬化性。另一方面,在馬氏體時效鋼和析出強化型不銹鋼等高合金鋼中,與合金碳化物析出的二次硬化相同,通過高溫回火處理析出納米級硬質相Ni3Al、Ni3Ti、FeMo等,強度顯著提高。在最近高強鋼的研發項目中,除合金設計和鍛造/冷卻工藝控制的進一步高強化以外,還進行構件內部強度分布控制、微細組織和材質預測模型的開發。最近,利用熱軋后卷取工序的鐵素體相變時發生的(Ti、Mo)C相界面析出的高強度、高延性低碳鐵素體薄鋼板也正在實用化。

  在Fe-0.1%C-1.5%Mn鋼中添加0.3%V的合金VC相界面析出組織的,用TEM以觀察到相界面析出的特有的VC周期性點列狀分布。如果含有這種合金碳化物納米級析出的鐵素體鋼變形,碳化物成為位錯運動的障礙,就會獲得高的屈服強度。在中碳鋼S45C中添加0.1%-0.5%V的合金,在VC完全固溶的溫度下,奧氏體化后,在各種溫度恒溫相變,測定鋼硬度的結果。不含V的S45C鋼,從呈鐵素體+珠光體組織的700℃到貝氏體混存的500℃,相變溫度降低,硬度單調上升,但全貝氏體組織的450℃,與500℃相比,硬度下降。此外,由于添加V,鐵素體+珠光體組織的硬度上升,其上升量是V添加量越多越大。0.3%V鋼的硬度在600℃(873K)以上,明顯高于S45C鋼。但在開始生成貝氏體的580℃(853K)的低溫硬度則大大減少。添加V鋼不僅是初析鐵素體,而且在珠光體組織中的鐵素體層狀部位也發生VC相界面析出,有助于鋼的高強化。這一結果表明,為利用VC相界面析出實現鋼的高強化,在鐵素體/珠光體相變溫度區域盡可能低的溫度進行相變處理是有效的方法。

 

納米級析出物的強化作用!

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來源:材料基

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