五大细晶强化(2)

2018-11-21 22:30

19.6MPa。

表 第二相强化(弥散强化)铜与Cu-Cr合金及Cu-Zr合金的性能比较 强化方法 第二相强化 固熔强化 合金 Cu-0.7vol%Al2O3 Cu-1.2vol%TiB2 Cu-0.85Cr Cu-0.15Zr σ/MPa 600 620 592 523 软化温度/K 873 900 700 700 (引用:《提高弥散强化铜合金强度的主要方法》 彭北山 宁爱林 (邵阳学院机械工程学院)) 五. 相变强化

相变强化主要是指马氏体强化(及下贝氏体强化),它是钢铁材料强化的重要途径。相变强化不是一种独立的强化方式,实际上它是前述的固溶强化,沉淀硬化、细晶强化等多种强化效果的综合,它是钢铁材料最经济而又最重要的一种强化途径。 1. 马氏体的形成过程:

(a)当奥氏体过冷到Ms点时,首先在晶粒内的某些晶面上生成马氏体晶核,并迅速长大。 (b)马氏体转变不依靠已形成马氏体晶体的长大,而且依靠出现新的马氏体晶核,即马氏体形成与t保无关。

(c)奥氏体常常不能完全转变成马氏体主要源于生产上冷却温度没有真正达到Mf点。 2. 马氏体强化机制:

(1)马氏体点阵为碳所固溶强化

马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体转变成马氏体时,碳原子的数量由不饱和变成过饱和,点阵由面心立方变为体心立方,碳原子在晶格中的位置也发生了改变,因而引起了晶格畸变,在晶体内部形成了巨大的应力场。碳含量愈多,应力场也就愈大。这个应力场将和晶格体内存在的位错发生强烈的交互作用,阻碍位错的运动,从而起到强化作用。 (2)马氏体转变过程中晶粒得到细化

马氏体的比容比奥氏体的大,在奥氏体转变成马氏体时体积膨胀较大。因此在相变过程中产生很大的内应力。为了减小内应力,在转变产物中形成细小的孪晶。使马氏体的有效晶粒尺寸变小,晶粒间的取向增大,结果使钢的强度、硬度增加。马氏体含碳量愈多晶粒愈细,强度愈高。

(3)位错密度增加

马氏体形成时位错密度可增大到1012/cm2。这是因为马氏体形成过程本身是晶粒原子面之间的切变过程,切变的结果使马氏体中的位错增多,位错运动的阻力也就增大了。 (4)马氏体变形时,有时会发生过饱和固溶体的分解,析出新相,从而阻碍位错运动。 碳原子固溶强化是马氏体最基本的强化机制。

金属强化 徐长通 - 5 -

3. 变形对马氏体强化的影响:

(1)原始奥氏体晶粒的大小影响马氏体晶粒的大小

粗大的奥氏体晶粒将形成粗大的马氏体晶粒,反之亦然。细小的马氏体具有高强度。合理的变形工艺将显著地细化奥氏体晶粒。更为突出的是,在奥氏体中所造成的亚结构促使马氏体晶核形成地点的数目增加,并阻止已形成的马氏体长大,从而使马氏体晶粒细化。 (2)奥氏体的塑性变形对马氏体转变按不同钢种、变形条件可有不同的作用

有时促进相变,有时又抑制相变,因而也将改变淬火钢中残余奥氏体的数量,从而影响钢材的力学性能。变形使马氏体转变温度的改变也改变了材料中的针状马氏体和片状马氏体的比例。

(3)奥氏体塑性变形会引起奥氏体结构不完善性的增加——使位错密度增加形成位错亚结构

如果变形温度足够高,并在变形后有一定保温时间,就可以通过动态的或静态的回复而发生位错亚结构的多边形化,形成微细的亚晶粒。变形奥氏体中所造成的一切结构不完善性及亚结构都可被其转变产物马氏体所继承,使高温形变热处理钢材的塑性提高,脆性减少,强度提高。

由于变形对马氏体有有利的影响,因此形变热处理材的性能优于通常的热处理材和余热淬火材。钢的高温形变热处理就是要制定合理工艺,充分利用马氏体强化的规律以获得综合力学性能优良的材料。 4. 实例:激光相变强化后晶粒度由原来的8级提高到12级.残余奥氏体(AR)较常规淬火有明显减少,约10~15%.马氏体为针状和板条状混合组织。激光相变强化性能较常规热处理有很大提高:硬度达1000HV0.1以上、红硬性提高80℃,达640℃、耐磨性提高约5倍、韧性亦有显著改善。高速钢刀具经激光强化后寿命提高2~4倍。 (引用:1994年3 金属热处理学报 《W18Cr4v高速钢激光相变强化的组织及性能》于家洪,陈传忠,宫秀伟,王世清 (山东工业大学))

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