钢铁材料中第二相的有利作用
钢中第二相沉淀析出计算
d Fe f ( M [ M ]) 100 d M
– M：M元素在钢中的质量百分数；[ M]:在钢 中固溶的M元素的质量百分数；dFe、dM： 铁基体和M的密度
•
d Fe f ( M [ M ] C [C ]) 二元第二相MC： 100 d MC
9
第二相体积分数的计算
3
第二相强化理论
• 屈服强度增量与第二相颗粒尺寸d和体积 分数f的关系：
RP P O f 1/ 2 d 1 ln d – Orowan机制：
– 切过机制： RPPC f 1/ 2 d 1/ 2
• 抗拉强度增量与第二相颗粒尺寸d和体积 分数f的关系：
RmP f 1/ 2 d 1/ 2
AGV 3 2 ) G * 2 2
– 位错线上形核率Id：
Qd Gd * 2 I d nV ad pv b exp( ) exp( ) kT kT
*
• ρ：位错密度；Qd：控制性原子沿位错管道的扩 散激活能（约等于三分之二Q）
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形核率-温度曲线（NrT曲线）
• NrT曲线：不同形核机制下相对形核率 随沉淀相变温度的变化曲线 • 相对形核率由形核率表达式中与温度相 关的项计算得出 • NrT曲线一般呈现反C曲线的特征，在该 曲线鼻子点温度（即形核率最大温度） 保温可得到最为细小的沉淀第二相尺寸
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第二相形核长大的动力学方程
• 晶界形核且形核率恒定时，n＝1.5
lg t0.05 g Gg Q 2 1 * (1.28994 2 lg d g ) 3 ln 10 kT
*
• 晶界形核且形核率迅速衰减为零时， n＝0.5
lg t0.05 ga 2 (1.28994 2 lg d g
微观宏观相互作用对材料性能的影响
微观宏观相互作用对材料性能的影响材料科学与工程是研究材料结构、性能与应用的一门学科。
在材料的研究过程中，微观宏观相互作用是一个重要的概念。
微观层面指的是材料的原子、分子结构和组成，而宏观层面则是材料的宏观性能和行为。
微观宏观相互作用可以是相互促进的，也可以是相互制约的。
在本文中，我们将探讨微观宏观相互作用是如何影响材料性能的。
第一种微观宏观相互作用是晶格缺陷对材料性能的影响。
晶格缺陷是指材料晶体结构中的缺陷，例如晶格缺陷、位错、空位和间隙等。
这些缺陷会导致材料的性能发生变化。
举个例子，晶体中的点缺陷会导致晶体的塑性变形和材料的导电性能发生变化。
而位错是一种线状晶格缺陷，会在材料中引入应力场，影响材料的力学性能和热学性能。
第二种微观宏观相互作用是界面相互作用对材料性能的影响。
界面是不同相或不同材料之间的交界面。
界面相互作用可以改变材料的力学性能、磁性能、电学性能等。
例如，在金属-陶瓷复合材料中，金属和陶瓷的界面相互作用可以增强材料的强度和韧性。
此外，界面相互作用还可以影响材料的阻尼特性、化学稳定性等。
第三种微观宏观相互作用是晶界对材料性能的影响。
晶界是晶体内不同晶粒之间的界面。
晶界的存在会影响材料的力学性能、电学性能和热学性能。
晶界可以促进塑性变形和增加材料的韧性，同时也会增加材料的阻尼特性和电阻率。
第四种微观宏观相互作用是晶体结构对材料性能的影响。
晶体结构是由不同晶面和晶轴所构成的。
晶体结构的不同会影响材料的电学性能、光学性能和磁性能。
例如，钢铁中的铁素体和奥氏体具有不同的晶体结构，从而导致钢铁的力学性能差异。
最后，微观宏观相互作用还包括了许多其他的因素，如晶体的纯度、晶体缺陷的类型、晶体的形状等等。
这些因素都会对材料的性能产生影响。
微观宏观相互作用是材料科学研究的基础，通过深入研究和理解这些相互作用，可以优化材料的性能和设计新的材料。
可以预见，随着材料科学的发展以及先进制造技术的不断突破，我们对微观宏观相互作用的理解将会更加深入和精确。
材料科学与工程导论智慧树知到答案章节测试2023年华南理工大学
第一章测试1.世界是由物质构成的，一切人工制品都是由一定的材料组成的。
（）A:对B:错答案:A2.材料科学与工程是一门研究材料组成，结构，生产过程。
材料性能与使用效能以及它们之间的关系的学科。
（）A:错B:对答案:B3.材料发展的古代史：石器时代、青铜时代、陶器时代、铁器时代。
（）A:错B:对答案:A4.材料科学主要研究的核心问题是结构和性能的关系。
（）A:对B:错答案:A5.把材料分为结构材料和功能材料，利用了什么分类方法。
（）A:按材料使用领域分B:按材料的状态分C:按材料的用途分D:按材料所起的作用分答案:D第二章测试1.以下哪一个参量表示材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力（）。
A:强度B:刚度C:硬度D:韧性答案:C2.高分子材料的挤压成型属于以下哪一个过程（）。
A:材料加工B:材料改性C:材料制备D:材料复合答案:A3.下列属于材料的化学性质的是（）。
A:介电性质B:腐蚀性质C:熔化D:催化性质答案:BD4.以下哪些属于材料结构的分类（）。
A:晶体结构B:外观结构C:键合结构D:组织结构答案:ACD5.石墨中存在的键合方式包括（）。
A:范德华力B:共价键C:氢键D:离子键答案:AB第三章测试1.材料中的相是指（）。
A:材料的晶体结构B:材料的化学组成C:材料中成分和结构均匀的区域D:材料的微观组织答案:C2.钢中的（）相是一种非平衡相。
A:珠光体B:奥氏体C:马氏体D:铁素体答案:C3.铁中加碳会（）。
A:降低强度和硬度，提高塑性B:提高强度和硬度，降低塑性C:提高强度、硬度和塑性D:提高强度，降低硬度和塑性答案:B4.不锈钢中最主要的合金元素是（）。
A:CuB:NiC:CrD:Ti答案:C5.在成分和优化制备的合金中，比强度最高的是（）。
A:Al合金B:钢铁C:Ti合金D:Mg合金答案:C第四章测试1.功能材料是指被用于非结构目的的材料。
（）A:对B:错答案:B2.电学功能材料按其电学性能的特点，可分为导电材料、电阻材料、电热材料和绝缘材料四大类。
材料科学基础名词解释中英
《材料科学基础》名词解释AOrowan mechanism （奥罗万机制）位错绕过第二相粒子，形成包围第二相粒子的位错环的机制。
Austenite(奥氏体)碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
B布拉菲点阵除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。
Half-coherent interface（半共格相界）两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面弹性应变能。
这时两相原子部分保持匹配，这样的界面称为半共格界面。
Sheet texture（板织构）轧板时形成的组织的择优取向。
Peritectic reaction（包晶反应）固相和液相生成另一成分的固溶体的反应Peritectic segregation（包晶偏析）新生成的固相的芯部保留残余的原有固相，新相本身成分也不均匀。
Peritectic phase diagram（包晶相图）具有包晶反应的相图Peritectoid reaction（包析反应）由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。
Cellular structure（胞状结构）成分过冷区很小时，固相突出部分局限在很小区域内，不生成侧向枝晶。
Intrinstic diffusion coefficient（本征扩散系数）依赖热缺陷进行的扩散的扩散系数。
Transformed ledeburite（变态莱氏体）渗碳体和奥氏体组成的莱氏体冷却至727℃时奥氏体发生共析反应转变为珠光体，此时称变态莱氏体。
Deformation twins（变形孪晶）晶体通过孪生方式发生塑性变形时产生的孪晶（BCC，HCP）Chill zone（表层细晶区）和低温铸模模壁接触，强烈过冷形成的细小的方向杂乱的等轴晶粒细晶区。
Burger’s vector（柏氏矢量）表征位错引起的晶格点阵畸变大小和方向的物理量。
Asymmetric tilt boundary（不对称倾斜晶界）晶界两侧晶粒不对称的小角度晶界，界面含两套垂直的刃型位错。
b2钢材的化学成分
b2钢材的化学成分
B2钢材是一种常用的结构钢材，其化学成分对于其性能和用途至关重要。
下面将从不同的角度来介绍B2钢材的化学成分。
1. 主要元素：
B2钢材的主要元素是铁（Fe），其含量通常在98%以上。
铁是B2钢材的主要基础，赋予了钢材优良的强度和韧性。
2. 碳（C）含量：
B2钢材的碳含量通常在0.15%-0.25%之间。
碳是钢材中最重要的合金元素之一，可以增加钢材的硬度和强度。
适量的碳含量可以使B2钢材具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
3. 硅（Si）含量：
B2钢材中的硅含量通常在0.15%-0.35%之间。
硅的添加可以提高钢材的强度和硬度，并改善钢材的耐腐蚀性能。
此外，硅还可以改善钢材的高温氧化和热处理性能。
4. 锰（Mn）含量：
B2钢材中的锰含量通常在0.30%-0.60%之间。
锰的添加可以提高钢材的强度和硬度，并改善钢材的可塑性和冷加工性能。
锰还可以提高钢材的耐磨性和耐腐蚀性。
5. 硫（S）和磷（P）含量：
B2钢材中的硫和磷含量应控制在较低的水平，通常分别不超过
0.035%和0.040%。
高硫和高磷含量会降低钢材的可塑性和冷加工性能，并且容易引起钢材的脆性断裂。
B2钢材的化学成分包括主要元素铁、碳、硅、锰以及控制在较低水平的硫和磷。
这些元素的含量和配比对于B2钢材的性能和用途起着重要的影响。
在制造和应用过程中，需要精确控制这些化学成分，以确保B2钢材具有合适的强度、硬度、可塑性和耐腐蚀性能，以满足工程和结构上的要求。
金属材料复习题
金属材料复习题1、合金化:为获得所要求的组织结构、力学性能、物理、化学或工艺性能而特别在钢铁中加入某些元素2、相变的主要特点：相变是在某一温度范围内进行；临界相变点随碳含量而变，出现了新的相变和产物，在平衡状态下可以两相共存3、碳化物形成的一般规律：k的类型与合金元素的原子半径有关，相似者相溶，强k形成元素优先与碳结合形成碳化物，Nm/Nc比值决定了k类型，碳化物稳定性越好溶解越难析出越难聚集长大也越难4、5、合金钢加热时的转变:A相的形成，K的溶解，F的转变，A相中合金元素的均匀化，溶质元素在晶界平衡偏聚，A晶粒长大6、二次淬火：在回火过程中从残余奥氏体中析出合金碳化物，从而贫化残余奥氏体中的碳和合金元素，导致其马氏体转变温度高于室温，因而在冷却的过程中转变为马氏体。
7、二次硬化：回火温度在500-600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550-570时可达到硬度、强度的最大值8、.特殊K形成途径:原位析出:在回火过程中合金渗碳体原位转变成特殊K。
异位析出:直接由α相中析出特殊K9、.固溶强化：机理固溶于钢的基体中，一般都会使晶格发生畸变，从而在基体中产生了弹性应力场，其与位错的交互作用将增加位错运动阻力。
降低断后伸长率和冲击吸收能量，降低材料的加工性，提高钢的Tk10、位错强化：机理随着位错密度的增大，增加了位错产生交割、缠结的概率，有效的阻止了位错运动。
降低断后伸长率，提高Tk11、细晶强化：机理钢中的晶粒越细，晶界、亚晶界越多，可有效阻止位错的运动，并产生位错塞积强化。
提高强度，塑性和韧度12、第二相弥散强化：机理钢中的微粒第二相对位错运动有很好的钉扎作用，位错要通过第二相要消耗能量，从而强化。
机制：切割机制、绕过机制，回火时第二相弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化13、淬硬性:指在理想的淬火条件下以超过临界冷却速度所形成的M组织能够达到的最高硬度14、脱碳:在各种热加工工序的加热或保温过程中，由于周围氧化气氛的作用，使刚才表面的碳全部或部分丧失掉15、产生白点的必要条件:氢含量高，充分条件:内应力的存在，防止白点的最根本办法是降低钢中的含氢量，常用热处理方法:去氢退火16、液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。
铁碳合金相图及碳素钢
㈡相图中的主要相变线
ABCD线为液相线。温度高于此线铁碳合金均是 液相。其中，AB线是L→δ开始线，BC是L→A 开始线，CD是L→Fe3C开始线。从液相直接结 晶出来的Fe3C称为一次渗碳体，标记为Fe3CⅠ。
AHJECF线为固相线。温度降到次线之下铁碳合 金全部都结晶成固相。
（三）Fe-Fe3C相图中的相区
单相区有五个：L、δ、A、F、Fe3C。具体位置 见图5-5。其中，Fe3C相区因Fe3C有固定的化学 成分（wc=6.69%），所以是wc=6.69%的一条垂 线DFKL。
双 相 区 有 七 个 ： δ+L 、 δ+A 、 A+L 、 L+Fe3C 、 A+Fe3C、A+F、F+ Fe3C。具体位置见图5-5。
铁碳合金相图对于了解钢铁材料平衡状态下的组织和 性能有重要意义。对于制定钢铁材料的铸、锻、焊及 热处理等工艺有直接的指导意义。
一、Fe-C相图与Fe-Fe3C相图 铁和碳两个组元不仅能形成各种固溶体相而且可以产 生一系列的化合物。如，Fe3C、Fe2C、FeC等。这样 一来，Fe-C二元合金相图就可以看成是由Fe-Fe3C ； Fe3C-Fe2C；Fe2C-FeC；FeC-C四个二元相图组成，见 图5-4。
温下先微组织的不同又分为三种：
共析钢： wc=0.77% 亚共析钢：0.02%＜wc＜0.77% 过共析钢：0.77%＜wc≤2.11% 3.白口铸铁 它是2.11%＜wc＜6.69%的铁碳合金。按其 室温下显微组织的不同又分为三种：
共晶白口铸铁： wc=4.3% 亚共晶白口铸铁：2.11%＜wc＜4.3% 过共晶白口铸铁：4.3%＜wc＜6.69%
钢铁材料中第二相的作用
产业科技创新 Industrial Technology Innovation50Vol.1 No.8产业科技创新 2019，1（8）：50~51Industrial Technology Innovation钢铁材料中第二相的作用陈 磊（慈溪市冷拉型钢有限公司，浙江 慈溪 315315）摘要：随着经济社会的持续快速发展，社会各行业对钢铁材料的应用迎来前所未有的重大发展机遇，对其综合性能指标提出了更高要求，如何正确对待第二相在钢铁材料中的作用，成为业内广泛关注的焦点课题之一。
基于此，文章首先介绍了钢铁材料中第二相的基本，分析了第二相在钢铁材料中的有利作用，并结合相关实践经验，分别从引发钢铁材料微裂纹以及降低钢铁材料韧性技术指标等多个角度与方面，探讨了第二相在钢铁材料中的不利作用，阐述了个人对此的几点浅见，望对钢铁材料的相关实践应用有所裨益。
关键词：钢铁材料；第二相；作用；效果分析中图分类号：TG142 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）08-0050-02当今社会，经济发展质量显著提高，经济发展活力显著增强，使钢铁材料的综合性能面临着更多的不确定性因素。
当前形势下，必须宏观审视钢铁材料中第二相的多方面作用，正确把握其有利作用与不利作用，综合施策，切实改进钢铁材料整体应用性能与效果。
文章就此展开了探讨。
1 钢铁材料中第二相简述第二相即钢铁材料中除基体相之外的所有相。
在传统概念上而言，钢铁材料中的部分夹杂物会对其整体性能产生较为明显的不利影响，但随着科学技术的进步与发展，实现了对这些夹杂物的科学合理控制，一定程度上推动着其不利影响向着有利影响的方向转变，比如硫化锰、氮化铝等。
而受控制技术与条件的影响，部分夹杂物难以实现有效转换，对钢铁材料整体应用性能的不利影响难以有效消除，比如渗碳体、氮化钛等。
由于上述夹杂物之间并不存在明显而显著的差异与区别，因此可统称为第二相[1]。
长期以来，国家相关部门高度重视钢铁材料中第二相的多方面作用，在技术标准规范、方法过程控制、转换效益评价等方面制定并实施了一系列重大方针政策，为科学有效控制第二相的多方面作用提供了基本遵循与方向引导，在优化钢铁材料实际应用性能领域取得了令人瞩目的现实成就，积累了丰富而宝贵的实践经验，为新时期高质高效地推动钢铁材料加工制造事业健康稳定发展注入了强大动力与活力。
超细第二相粒子强化低碳微合金钢铁材料的研究
超细第二相粒子强化低碳微合金钢铁材料的研究
唐明华;刘志义;胡双开
【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(022)004
【摘要】采用Gleeble-1500热模拟试验机进行单向压缩热模拟试验,研究了试验钢在形变诱导铁素体相变过程中ZrC粒子对铁素体晶粒细化的促进作用,结果表明:粒径小于1.0 μm的ZrC粒子作为形变和再结晶核心可以加速铁素体形核,从而细化铁素体晶粒,为提高α-Fe形核率,试验钢获得超细组织的ZrC粒子临界体积分数是0.6%,当ZrC粒子的加入量为0.5%、轧制变形量为0.6时,轧后水冷可获得3～4 μm的超细晶粒组织,抗拉强度约提高70%,材料综合性能显著提高.
【总页数】5页(P32-36)
【作者】唐明华;刘志义;胡双开
【作者单位】湖南工学院,机械系,湖南,衡阳,421002;中南大学,材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083;湖南衡阳钢管(集团)有限公司,湖南,衡阳,421001
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.超细第二相粒子强化钢铁材料的研究进展 [J], 王国承;王铁明;尚德礼;方克明
2.低碳微合金Ti-Nb可焊钢中的N及其第二相粒子 [J], 尹桂全;王世俊;黄贞益
3.汽车用钛和铌微合金化钢第二相粒子及织构研究 [J], 韩晨;孙付涛
4.Ti-V-Nb微合金钢第二相粒子研究 [J], 陈俊华
5.960MPa级Nb-Ti微合金化高强钢中第二相粒子回溶行为研究 [J], 惠亚军[1,2];潘辉[1];李文远[1];刘锟[1];陈斌[1];崔阳[1]
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钢中的第二相控制
第二相的作用3： 对奥氏体再结晶行为的调节
DIFT
第二相的作用3： 对奥氏体再结晶行为的调节
第二相的作用3：对奥氏体再结晶行为的 调节
形变诱导析出的微合金碳氮化物钉扎形变 奥氏体晶界， 850-1000 ℃ Nb(CN)容易形 变诱导析出，因而能有效阻止或推迟再结 晶。 固溶的Nb、B、Mo等的溶质拖曳作用钉扎 形变奥氏体晶界， 要求相应元素与铁元素 的尺寸或化学性质相差较大（但又必须有 足够的固溶量）。
第二相的作用1：沉淀强化 第二相强化的经济有效性
6Gb f 1.2d P ln( ) 3/ 2 1.18 K d 2b
1/ 2
P 8.9952 10
3
f
1/ 2
d
ln(2.4170d )
第二相的作用1：微合金碳氮化物析 出强化作用
第二相的作用1：沉淀强化强度增量 与第二相体积分数和尺寸的关系
第二相的不利作用： 第二相引发钢中微裂纹
第二相引发钢中微裂纹的尺寸、分布均取决于第 二相的尺寸与分布 控制大颗粒尺寸的第二相具有关键性作用 控制大颗粒第二相的分布对微裂纹的形成与扩展 具有重要的作用 大颗粒第二相的形状对微裂纹的产生具有非常重 要的影响。具有尖锐棱角的脆性第二相在尖锐棱 角处将发生显著的应力集中故很容易引发微裂纹； 显著拉长的膜状、薄片状、线状第二相颗粒非常 容易发生折断而引发微裂纹
固溶度积公式
log{[M] · γ=A-B/T [C]}
本质是三元相图中的端际固溶体区包围 曲面的方程 实验测定：不同温度均匀化后淬冷，化 学相分析测定MC相的量，用钢的化学成 分中该元素的量减去MC相中的量得[M] 、 [C]，多个温度下的测定数据回归得到 热力学推导，铁基体中的固溶度积公式
钢铁中析出相简介
上海大学～学年季学期研究生课程考试小论文格式课程名称：材料微结构与性质课程编号： 101101705论文题目: 钢铁中析出相简介研究生姓名: 周昌兵学号: 10721448 论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:注：后接研究生小论文，格式参照公开发表论文的样式。
钢铁中析出相简介摘要：本文综合分析评述了钢中析出相的各种有利作用及有害作用，深入分析了其作用机制及规律，给出作用效果随析出相体积分数、尺寸，形状和分布的变化规律的关系式，由此可对钢中析出相提出明确的控制要求，从而充分发挥析出相的有利作用而避免和减轻其有害作用。
关键词：析出相，钢，作用机制，作用效果Introduction of precipitations in steelAbstract This paper reviews the various harmful effects and beneficial effects of precipitations in steel，deeply analysis its’mechanism of action and gives out the relationship of size，shape and distribution of volume fraction，by This can be precipitated phases in steel with clear control requirements, to maximize the beneficial effects of precipitates and avoid and alleviate its harmful effects.Key words precipitation steel mechanism effect一、钢铁材料中析出相的定义及分类第二相在钢中具有十分重要的作用，其对钢的强度、韧性、塑性、深冲性、疲劳、磨损、断裂、腐蚀以及许多重要的物理和化学性能均具有重要的影响。
第6章第二相的Ostwald熟化
第六章第二相的Ostwald熟化 6.1 第二相的Ostwald熟化理论第二相沉淀析出过程完成之后立即就会随之发生聚集长大过程即Ostwald熟化过程这一过程的驱动力是第二相与基体之间的界面能即当第二相的体积分数不变的情况下若第二相的尺寸增大则总的界面面积将减小由此导致系统界面能的减小。
当温度足够高且保持时间足够长时第二相可能非常严重地粗化从而导致实际存在的第二相尺寸远远大于沉淀析出过程完成时的尺寸由此将减弱或甚至丧失第二相在高温下的相关有利作用。
第二相体系不同其Ostwald熟化规律及熟化速率往往具有非常大的差别由此导致实际得到的第二相尺寸出现显著的差别。
很多第二相在沉淀析出过程完成时具有十分细小的尺寸但一旦发生一定程度的Ostwald熟化其尺寸将非常迅速地长大从而丧失相关的作用而另外一些第二相可能在非常高的温度下仍然可以保持非常细小的尺寸从而保持相应的作用。
为了对钢铁材料中各种第二相的行为特别是其高温行为进行深入的研究和定量的理论计算必须掌握各种第二相的Ostwald熟化规律即第二相颗粒的尺寸随温度和时间变化的定量规律。
此外第二相颗粒经过充分的聚集长大过程之后其尺寸的分布将呈现确定的稳态分布由此就可通过第二相颗粒的平均尺寸估计其最大尺寸而第二相特别是传统意义的夹杂物的最大尺寸是一非常重要的参量它对材料的断裂行为特别是疲劳寿命具有决定性的影响近年来受到了相当广泛的重视和关注。
第二相尺寸的稳态分布函数也可由第二相的Ostwald熟化理论导出。
稀溶液中的沉淀析出相的尺寸变化的理论首先是由Ostwald建立的因此该问题被称之为Ostwald熟化问题。
Lifshitz和Slyozov1以及Wagner2则首先将该理论用于研究固态稀溶体材料中均匀沉淀的第二相颗粒的粗化问题并明确得到了扩散控制条件下的t1/3规律而相关的理论通常被称为LSW理论同时Wagner2还得到了反应控制条件下第二相颗粒的粗化t1/2规律Speight3及Kirchner4随后考虑了晶界上沉淀的第二相颗粒的Ostwald熟化问题并得到了t1/4规律Ardell5则分析了位错晶界即小角度晶界上沉淀的第二相颗粒的Ostwald熟化问题并得到了t1/4至t1/5的规律其研究结果后来被推广应用于位错线上沉淀的第二相颗粒的熟化问题。
常用金属材料的显微组织
铝及铝合金的显微组织
纯铝的显微组织
纯铝的显微组织由等轴晶粒组成，晶 界清晰，晶粒大小不均匀。
铝合金的显微组织
铝合金的显微组织由固溶体、金属化 合物和机械混合物组成，不同合金元 素对铝合金的显微组织有不同的影响 。
钛及钛合金的显微组织
纯钛的显微组织
纯钛的显微组织由等轴晶粒组成，晶界清晰，晶粒大小不均匀。
05 金属材料的热处理工艺与 显微组织的关系
退火与显微组织的关系
退火是一种金属热处理工艺，通 过加热至一定温度并保温一段时 间后缓慢冷却，使金属内部组织
结构发生变化。
退火过程中，金属内部的晶体结 构逐渐变得均匀，减少晶体缺陷 和内应力，提高金属的塑性和韧
性。
退火后的显微组织通常表现为晶 粒粗大、组织致密，不同金属材
钛合金的显微组织
钛合金的显微组织由固溶体、金属化合物和机械混合物组成，不同合金元素对钛合金的显微组织有不同的影响。
03 金属材料的相与组织转变
固态相变
相变类型
相变过程
固态相变是指金属材料在固态下发生 的相变，包括调幅分解、马氏体相变 等。
固态相变过程通常包括形核、长大和 粗化等阶段，这些阶段对金属材料的 性能和加工工艺具有重要影响。
详细描述
珠光体具有较好的塑性和韧性，同时 具有较高的强度和硬度。珠光体的形 态和分布对钢的性能有重要影响。在 显微镜下观察，珠光体的层片状结构 清晰可见。
02 有色金属材料的显微组织
铜及铜合金的显微组织
纯铜的显微组织
纯铜的显微组织由晶界和晶粒组 成，晶界清晰，晶粒大小不均匀 。
铜合金的显微组织
铜合金的显微组织由固溶体、金 属化合物和机械混合物组成，不 同合金元素对铜合金的显微组织 有不同的影响。
钢中各合金元素的作用
一、基础知识
2、合金元素改性原理
(1)形成固溶体。 原子直径较小的常形成间隙固溶体，如C、N、B等；原子直径 较 大 的 形 成 置 换 固 溶 体 ， 如 Cr 、 Ni 、 Mn 、 Co 、 V 等 。 一 般 有 如 下 规 律 ： Radd/RFe>0.59形成置换固溶体，Radd/RFe<0.59形成间隙固溶体。如Fe-C相图中奥氏 体便是C原子在面心立方相γ-Fe中的间隙固溶体。固溶体的强化是以形成晶格畸 变来实现的。 (2)细晶强化。一些合金元素如V、Ti、Mo等有细化晶粒的作用，在液相结晶过程 中形成的化合物/中间相，起到类似于形核剂的作用；这些化合物、中间相又在 热处理和锻压中起固溶析出、钉扎，从而细化晶粒。多晶材料的屈服强度σs和晶 粒尺寸d之间存在经验公式Hall-Petch公式：式中σ0和k都是材料属性。
二、各元素的作用
碳C
Q235、45#
(1)碳是钢铁材料的主要合金元素，因此钢铁材料也可以称为铁碳合金。
(2)C在钢中主要以三种状态存在：固溶于δ/γ/α-Fe中形成高温铁素体、奥 氏体和铁素体，提高钢的强度；形成金属碳化物，如如Fe3C、Vc等，提 高钢的硬度和耐磨性；游离态石墨(过共析钢中)，这种状态于钢材的性 能有害，应当避免，但是却是铸铁中的常见形态。
各元素的作用硅si二各元素的作用1si是钢中常见的还原剂和脱氧剂能显著提高钢的弹性极限屈服点和抗拉强度用于低碳钢中具有极高的导磁率常用来做硅钢片60si2mn35aw3002在钢中si主要以三种状态存在固溶态固溶于铁素体和奥氏体中氧化态si与o的结合能力比fe强这也导致其有氧焊接性能大大降低和游离态
钢中各合金元素的作用
2012年7月
一、基础知识
钢 铁
钢铁材料中的第二相
钢铁材料中的第二相
钢铁是一种由铁和碳组成的合金，其中碳是一种添加元素，可以改变钢铁的性质。
除了碳之外，钢铁中还含有其他元素，这些元素被称为合金元素。
钢铁中的合金元素和碳一起形成了钢铁中的第二相。
钢铁中的第二相是指在晶体结构中，除了铁和碳之外的其他物质。
这些物质可以出现在钢铁中的任何一个位置，例如晶体间隙、晶界、位错等。
钢铁中的第二相不仅可以影响钢铁的力学性能，而且还可以影响其耐腐蚀性能和热处理性能。
钢铁中常见的第二相包括碳化物、氧化物、氮化物、硫化物等。
其中碳化物是最常见的一种，可以通过热处理来控制其数量和分布，从而影响钢铁的硬度、韧性、延展性等性能。
氧化物则可以影响钢铁的耐腐蚀性能，氮化物和硫化物则可以影响钢铁的强度和韧性。
钢铁中的第二相是钢铁材料中一个非常重要的概念，对于钢铁的性能和使用具有重要的影响。
了解钢铁中的第二相，有助于我们更好地控制钢铁的性能，提高钢铁材料的质量和应用范围。
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工程材料热处理名词解释
强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
硬度：反映材料软硬程度的一种性能指标，它表示材料表面局部内抵抗变形或破裂的能力。
塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
冲击韧性：在一定温度下，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
断裂韧性：材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力。
腐蚀作用：金属材料的化学性质相对活泼，容易受到环境介质的腐蚀作用。
分为化学腐蚀（直接发生化学反应，不产生电流）�电化腐蚀（金属与电解质接触发生电化学反应）�物理腐蚀（由于单纯的物理溶解而产生的腐蚀）。
磨损：零件在摩擦过程中其表面发生尺寸变化和物质损耗的现象。
老化：高分子材料在加工�储存和使用过程中，由于受各种坏境因素的作用导致性能逐渐变坏，以致丧失使用价值的现象。
比刚度：材料的弹性模量E与其密度ρ的比值（E�ρ）称为比刚度。
比强度:材料的强度指标与其密度的比值称为比强度。
晶体：内部的原子在三维空间呈周期性规则排列的物质称为晶体。
晶体结构，晶体中原子规则排列的具体方式称为晶体结构。
金属晶体包括三种晶格：体心立方�面心立方�密排六方。
组元：组成合金的独立的�最基本的单元。
相：在合金中具有一定化学成分且晶体结构相同，具有相同的物理和化学性能，与其他部分有明显分界的均匀的组成部分。
相图：相图即是状态图或平衡图。
是用图解的方法表示不同温度�压力及成分下合金系中各相的平衡关系。
显微组织：是指用金相显微镜�电子显微镜所观察到得金属�合金及陶瓷内部有关晶体�晶粒或组元相的集合状态。
晶胞：组成晶格的、能反映晶格特征的最基本的几何单元称为晶胞。
晶格：描述原子在晶格中排列形成的空间格子，通常称为晶格。
共析反应：在一定温度下由一种固相转变成完全不同的两种固相的反应称为共析反应，生成的产物为共析组织。
共晶反应：匀晶反应：粉末冶金：是指有几种金属粉末或金属与非金属粉末经混合（并常加一定成形剂等添加剂），在钢模内压制成形，并经烧结而获得的材料。
塑性变形：金属在外力作用下产生了变形，当外力除去后不能恢复的变形。
金属材料的断裂韧度
评定钢铁材料的韧脆性
1030250033 10材科2班
邓雄文
评定钢铁材料的韧脆性
➢ 断裂韧度KIC ➢ 断裂应力σc ➢ 临界裂纹尺寸ac
表面半椭圆裂纹
K I Y a Y=2
ac
0.25
K IC
2
1. 超高强度钢的脆断倾向
• 这类刚强度很高， σ0.2≥1400MPa 主要用于宇航事业，典型材料有D6AC超
• 金相分析：
•
疲劳裂纹源处的硫化物夹杂级别较高，该处是薄弱
区。
• 受力分析：
• σ=σ外+σ内=25MPa+120MPa=145MPa
• 表面环状裂纹为浅长表面半椭圆裂纹， αc＝185mm；
2
ac
1 Y2
K IC
C
Y≈1.95
KIC=120MPa·m1/2
ac
1 1.952
120 2 145
KI 600
3.14 1.74
0.002
sin 2
90
0.0022 0.0032
cos2
1/ 4
90
44(MPa
m1/ 2
)
KI＜KIC，说明不会发生脆性断裂，该合成塔可以安全使用。
大型转轴断裂分析
10材科2 阮冬祥 1030250038
失效分析
例4：某冶金厂大型纯氧顶吹转炉的转动机械主轴，在工作
•
3、是否要对塑性区修正
•
4、仿前例做出判断
例3：有一化工合成塔，直径为D=3200mm ，工作压力
p=6MPa，选用材料为σ0.2=1200MPa，KIC=58MPa·m1/2，厚 度t=16mm。制作过程中，经探伤发现在纵焊缝中，存在一 纵向椭圆裂纹，2a=4mm， 2c=6mm。试校核该合成塔能否 安全运行。
超细第二相粒子强化钢铁材料的研究进展
第19卷第6期2007年6月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.19,No.6 J une 2007作者简介:王国承(19772),男,博士生; E 2m ail :Wang_guocheng @ ; 修订日期:2006201212超细第二相粒子强化钢铁材料的研究进展王国承1, 王铁明2, 尚德礼3, 方克明1(1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083; 2.承德钢铁公司技术中心,河北承德067002;3.鞍山钢铁集团公司技术中心,辽宁鞍山114001)摘 要:综述了钢中有关第二相粒子的研究进展情况,分析了第二相粒子对钢强韧性能的影响及第二相粒子细化钢晶粒的基本理论,概括了获得超细第二相粒子的基本方法,指出了存在的问题并提出了获得超细第二相粒子的新思路。
关键词:钢;第二相粒子;强韧化中图分类号:T G 11311 文献标识码:A 文章编号:100120963(2007)0620005204Progress of Strengthened Steel With Superf ine Second Phase ParticleWAN G Guo 2cheng 1, WAN G Tie 2ming 2, SHAN G De 2li 3, FAN G Ke 2ming 1(1.School of Metallurgical and Ecological Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China ;2.Technical Center ,Chengde Iron and Steel Company ,Chengde 067002,Hebei ,China ;3.Technical Center ,Anshan Iron and Steel Group Company ,Anshan 114001,Liaoning ,China )Abstract :Research progress of second phase particle in steel was summarized.The effect of second phase particle on strength and toughness of steel was discussed ,the grain refining of steel caused by second phase particle was analyzed ,and the way of forming superfine particle was generalized.The problems of forming superfine particle were given and a new idea of obtaining superfine second phase particle was suggested.K ey w ords :steel ;second phase particle ;strengthening and toughening 超细晶、高洁净以及均匀性是新一代钢铁材料的基本特征,从而达到强度及寿命翻番的目标。
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量明显大于平衡形成量；同时，应变诱导析出第
二相后，奥氏体基体化学成分的变化将增高奥氏 体相的自由能，从而进一步促进铁素体相的形
成；此外，由于形变基体中晶格畸变和扭折晶界
的存在，可明显增大铁素体的非均匀形核率，使 得形变诱导铁素体天可要你来杀哦，我知道小舅妈是不杀生的！回家后
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之间的真实接触面积而避免黏着。而从磨料磨损
机理考虑，由于凸出的颗粒的硬度远高于基体材 料硬度，而磨粒主要与凸出的颗粒之间发生相互
作用，从而使磨损过程处于低磨损区而明显减轻
磨损。显然，耐磨性提高越大。
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3.第二相调节形变基体的再结晶和后续固
态多型性相变行为
钢材经受塑性变形后，形变基体中将存在形
变储能。形变储能是基体再结晶的驱动能，害可 增大后续固态多型性相变的相变驱动能。当第二
相在形变过程中以应变诱导析出的方式沉淀析
出后，将有效钉扎位错使之不容易发生回复和再 结晶，从而显著推迟再结晶的发生。大量试验结
的形成及定向长大；韧性较高的晶内铁素体完全
包围了第二相颗粒从而使其对钢材韧塑性和疲 劳性能的损害显著降低甚至消除。
5．固定非金属元素
钢中一般均存在微量的非金属元素如碳、 氮、氢等，它们以间隙固溶状态存在时，往往对 钢材的某些性能造成严重的危害。如碳、氮间隙 固溶原子往往会偏聚到位错线上形成气团，当材
低碳钢中晶内铁素体的形成可在一定程度
上增加铁素体的形核率从而细化铁素体晶粒并 使铁素体晶粒的形状和分布有利，近年来受到广
泛的关注。事实上，晶内铁素体的最大好处在于：
晶内铁素体是在较高温度下形成的，碳含量及合 金元素含量很少，因而具有非常高的韧塑性；晶 内铁素体分割了原奥氏体晶粒，晶内铁素体的位 向与晶界形核连续推进的铁素体晶粒的位向完 全不一样，由此可明显抑制了非等轴铁素体晶粒
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料承受冷加工变形时，气团将阻碍位错发生滑移
运动，一旦解钉则将产生屈服伸长，这种不连续 屈服现象将严重有效钢材的深冲性能，导致冷加
工变形钢材的表面质量下降，对于表面质量要求
很高的零件如轿车面板必须严格控制间隙固溶 原子的存在。在不锈钢中，间隙固溶原子往往偏 聚在晶界上，加工及使用过程中会与固溶的铬发 生反应生成相应的化合物，导致晶界附近固溶贫 铬而产生晶间腐蚀。
1.第二相控制基体晶粒长大
晶粒细化是使钢材强度提高的同时还提高 其韧性的唯一的强化机制，一直受到广泛的重
视，在采用各种工艺方法使基体晶粒细化的同
时，还必须有效防止晶粒长大才能保证晶粒细化 的效果，而第二相钉扎晶界是最重要的阻止晶粒
长大的方法。 2.第二相沉淀析出强化
基体中弥散分布的第二相颗粒可产生弥散
强化作用，由于第二相通常是通过沉淀析出产生 的，故也称为沉淀强化。第二相沉淀强化往往会
导致钢材韧性的下降，但相对于位错强化及间隙
固溶强化等其他强化方式而言，其脆化矢量较 小，故第二相强化是除晶粒细化外应优先采用的 强化方式。位错越过第二相颗粒的机制有切过机 制和绕过机制，其强化机制分别为切过机制和 Orowan 机制，当第二相相对较软或尺寸很小时主
6.提高耐磨性
在材料表面具有适当分布的与基体组织良 好结合的高硬度第二相颗粒对材料耐磨性的提
高具有重要作用。从黏着磨损机理考虑，组织的
连续性和性能的均一化会产生较大面积的相互 接触和黏着，对耐磨性不利；而适当分布的硬质
颗粒在磨损过程中逐渐凸出，若它们与基体之间
结合较好而不会轻易脱落，则可明显减小摩擦副
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果表明，微合金碳氮化物的应变诱导沉淀一旦发
生，形变奥氏体的再结晶过程就被显著推迟。应 变诱导沉淀的第二相阻止形变奥氏体基体再结
晶过程的同时，将使基体的形变储能得以保存，
若继续进行形变，则形变储能将不断累积。形变 储能可明显增大奥氏体相的自由能，在随后冷却 过程中发生铁素体相变时，形变储能将有效促进 铁素体相的形成，使铁素体相形成的温度比平衡 温度 A3 明显升高或使确定温度下的铁素体形成
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要为切过机制，其强度增量正比于第二相的尺寸
和第二相体积分数的二分之一次方，而当第二相 较硬或尺寸较大时主要为 Orowan 机制，其强度
增量正比于第二相体积分数的二分之一次方并
大致反比于第二相的尺寸。对每一种特定的第二 相都存在一个临界尺寸 dC，小于临界尺寸时切过 机制起作用而大于临界尺寸时 Orowan 机制起作 用，在临界尺寸附近可得到最大的强化效果。