材料加工组织性能控制[1]

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提高韧性的具体途径： （1）成分控制
Bucher对C-Mn-Si钢：
5 % F 0( 0 A C ) 7 T 8 6 M T 6 2n N 7 f 4 .0 3 P 0 0 .6 d 1 2 3 5 9
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Pickering: C<0.25%热轧碳钢：
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（3）金属的韧性 1）韧性的定义及其表示：综合应用较高冲击速
度和缺口试样的应力集中，来测定金属从变形到 断裂所消耗的冲击能量的大小。 韧性指标：Ak(J)、ak(J/cm2)
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韧性-脆性转化温度Tk（C） 及表示方法
①选取一定的冲击功所对应
的温度为Tk；②用夏比V 形缺
1000 倍。
对钢而言，G＝78453 MPa，理论屈服 强 度远σs=2×12486Mpa ， 钢 的 实 际 屈 服 强 度 远 低于理论屈服强度。
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（2）金属的理论断裂强度 断裂强度：
max
2x
max就是理论断裂强度。
1
max
E
a0
s
2
图1-4 原子间结合力的双原子模型 1-吸引力；2-排斥力；3-合应力
口
试 用
样
，
冲
击
功
为
20.34J
的
Tk
V15TT表示；
③ 断 口 面 积 上 出 现 50% 结 晶 状 断
口时的温度为Tk，以50%FATT 表示；④以100%结晶状断口时
的温度为Tk，此时为零塑性转 变温度，用NDT表示。
图1-5 冲击功、结晶断口比例随 试验温度变化曲线
1.冲击功曲线；2.断口形貌曲线
材料加工物理冶金学
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第一章 绪论
控轧控冷技术的发展: 二战期间大量的船舶脆断 提高钢材的韧性。解决办法：
提高Mn/C比、铝脱氧、正火工艺、低温大压下 构成 控轧控冷的基础；
60年代发现Nb的强化作用 为控轧工艺的发展提供了 理论依据；
70年代后应用普及，新钢种、新工艺逐渐开发出来。 控制轧制+控制冷却的方法称为热机械控制工艺。 (TMCP,Thermo Momechanical Controlled Processing)。
图 1 钢的几个脆性的温度区域
图2 不同含碳量的钢的冷脆和蓝 脆温度范围
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③ 形变速度的影响
图3 冲击速度对钢的韧-脆转化温度的影响
④试样尺寸的影响：试样尺寸 ，韧性 ，断口纤 维状区比例减小，韧-脆转化温度提高（原因）。
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第二章 钢铁材料强韧化理论
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研究进展： ▪ 德国Aachen大学的R．Kopp教授采用不断细化 网格的有限元法对热镦粗时的动态再结晶状况进 行了数值模拟，引入边界条件对于有限元数值模 拟的影响，并对模锻过程中的微观组织结构变化 进行了模拟研究； ▪ 清华大学也曾采用三维刚粘塑性有限元方法模 拟了热镦粗过程中的动态软化变化过程。
1
1
5 % F 0 A 1 T 4 9 S T 4 7 iN 0 f2 1 0 .5 d 1 2 2 .2 P
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2）影响冲击韧性的因素 ①材料的组织、结构的影响： 1）面心立方点阵与体心立方、密排六方点 阵— 2）细小均匀分布的第二相质点与片状相 比— 3）尖角状、网状连续分布— 4）第二相与基体的性质差异— 5）内部缺陷的影响：
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② 温度的影响：三个脆性区 ：冷脆性、蓝脆 性、重结晶脆性。
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图11 变形体中软化机制分布示意图 (在发生再结晶时，同时伴随有恢复)
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图12 拔长时随锻造过程的进行各处所发生的 软化机制(当前压下第三砧)
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材料的化学成分和加工过程、显微组织与力学 性能之间的关系 ：
图13 化学成分和加工过程、显微组织与力学性能之间关系
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⑴ 金属的理论屈服强度 切应力与位移之间的关系 可表示为：
m
sin2
x b
m
Gb
2a
令a=b则
m
G
2
图1-3 原子面受力后产生的位移
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一般金属的剪切弹性模量G：104~105MPa， 金属的理论屈服强度：103 ~ 104MPa。实际
纯 金属单晶体的屈服强度要比此值低100 ~
金属的强化： 金属材料强化的基本途径： ：(1)制成无缺陷 的完整晶体，使金属的晶体强度接近理论强度。 铁晶须 ：直径1.6μm铁单晶纤维，max可达 3640MN/m2，十分接近铁的理论屈服强度 8200MN/m2
(2)在有缺陷的金属晶 体中设法阻止位错的运 动。
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金属材料中的显微缺陷组织可分为： (1)点缺陷： (2)线缺陷： (3)面缺陷： (4)体缺陷： 强化手段： 固溶强化、位错强化、晶界强化、第二相粒子析 出强化及相变强化。
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热加工中的微观组织性能控制
塑性加工的作用:改形、改性
形变热处理: 热挤压：
图6 挤压材料过加工程组织可性能能控产制[生1] 的组织变化
轧制 ： 锻造： ▪ 大型锻件金属流动非常复杂 经验成分占主 导地位； ▪ 锻造设备以及辅助工具不完全配套； ▪ 毛坏为含有粗大的树枝状晶粒、偏析严重、 孔洞、疏松、夹杂等缺陷的大型钢锭。
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性能 组织
工艺
图1-2 钢材性能与冶金因素、组织的关系
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金属材料的力学性能： 金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外
力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质 和加载速率)联合作用下所表现的行为。 力学性能通常包括：
强度指标：σS、σb； 塑性指标：δ、ψ； 韧性百度文库标：k、Kc。
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高 强 度 钢 的 断 裂 强 度 可 达 2100Mpa ， 约 为 理 论断裂强度的十分之一。一般工程材料的断裂强 度比理论断裂强度低10-1000倍。 原因： ①实际金属不是理想晶体，滑移过程不是刚性的、 整体的移动； ②在实际晶体中存在有位错，位错具有可动性， 位错可以通过点阵滑移从一个位置移向另一个位 置； ③滑移是一个逐步进行的过程，材料的断裂也可 以用位错的塞积、塞积群的扩展和攀移来说明。