鋼鐵材料學1～3

1、鋼鐵材料學 一、引言 材料是人類社會發(fā)展的基礎 l材料、能源、信息 構成人類文明，而 材料是基礎 l任何物質(zhì)只要能為 人類經(jīng)濟地使用， 就成為材料 l結(jié)構材料是基礎的 基礎 l人類社會的發(fā)展是 以材料作為基礎標 志的 舊石器時代 新石器時代（陶 器） 銅器時代 鐵器時代 結(jié)構材料的性能要求1 l穩(wěn)定的形態(tài)（溫度、濕度、外力作用下穩(wěn) 定） 較高的剛度（排除了氣體和液體） 較高的承載能力（屈服強度與斷裂強度， 抗拉、抗壓、抗彎、耐磨、抗疲勞，輕量 化要求如高層建筑、運輸工具） 溫度穩(wěn)定性（冷脆、熱強性） 環(huán)境介質(zhì)作用穩(wěn)定性（耐候性） 結(jié)構材料的性能要求2 l安全性 韌性（沖擊載荷作用下吸收能量）

2、耐溫（不同使用條件下有不同要求，如低 溫鋼、耐火鋼） 耐蝕（不同使用條件下有不同要求，如耐 候鋼、耐海水腐蝕鋼、耐酸鋼） 自我修復（如加工硬化） 結(jié)構材料的性能要求3 l易于成型和加工 不同結(jié)構要求不同的形狀 流態(tài)成型（鑄造、沉積） 半固態(tài)成型（帶液芯軋制或鍛造） 固態(tài)成型（壓力加工：熱加工與冷加工） 固態(tài)成型（機械加工：反復軟化與硬化） 連接成型（焊接、粘合、機械結(jié)合、復合、 涂飾） 結(jié)構材料的性能要求4 l生產(chǎn)成本低廉且能大規(guī)模生產(chǎn) 資源豐富且易于開采 接近自然平衡態(tài)（硅酸鹽材料具有特殊優(yōu) 勢） 滿足大規(guī)模生產(chǎn)要求（生產(chǎn)工藝技術、成 型工藝技術、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術、性能提 高的工藝技術等）

3、環(huán)境友好 結(jié)構材料的性能要求5 l舒適性與裝飾性 現(xiàn)代要求且是發(fā)展趨勢 表面質(zhì)量與涂裝 金屬光澤與抗氧化 抗震降噪隔熱 色彩（如彩鋼） 特殊性能（如抗菌、手感） 主要結(jié)構材料（2014） l硅酸鹽材料：價格低廉，年用量上千億噸； 其中天然沙石量上千億噸，水泥41.8億噸 (中國24.7619億噸，占59.2%)，陶瓷磚140億 平米(中國102.3億平米，占70%) l木材：天然鋸材，但涉及環(huán)境保護，年消耗 量約4.21億立方米 (中國約8178萬立方米） l鋼鐵材料：年產(chǎn)量16.615億噸(中國8.2270億 噸，占49.5%） l有色金屬：年產(chǎn)量11000萬噸，原鋁5390精 煉銅2301

4、(中國4417萬噸，鋁2810銅796) l高分子材料：塑料制品年產(chǎn)量3億噸(中國 7387.8萬噸) 鋼鐵材料的特點 l資源豐富 地殼中5%的豐度 l成本低廉 大部分鋼材的售價 在3000元/噸 l便于回收 90%的鋼鐵材料可 回收 l性能優(yōu)良且多樣 強度和韌度 耐腐蝕性能 耐磨性能 低溫性能 特殊功能 l固態(tài)多形性相變使 得性能可大幅改變 鋼鐵材料與技術的發(fā)展方向 l提高產(chǎn)量滿足經(jīng)濟建設發(fā)展需求 l高性能高強度、高韌性、長壽命 l高內(nèi)部質(zhì)量高潔凈度、高均勻性、超細 晶粒 l高表面質(zhì)量高尺寸精度和光潔度 l微合金化改善組織和性能 l多品種鋼種和材型 l低成本降低合金含量和工藝操作成本 l綠色

5、化易于回收和利用、可持續(xù)發(fā)展 中國鋼鐵產(chǎn)量的發(fā)展空間 l目前世界人均鋼產(chǎn)量240kg/年 l發(fā)達國家在實現(xiàn)工業(yè)化期間，人均鋼產(chǎn)量 300-1000kg/年，持續(xù)生產(chǎn)時間為50-80年， 人均累積用鋼25-50噸 l發(fā)達國家基礎設施建設達到飽和后，仍保 持人均300-500kg/年的生產(chǎn)供應水平 l在后工業(yè)化社會，鋼鐵材料仍占全部金屬 材料的90%以上 l我國2003年人均占有鋼已達到當時世界平 均水平約160kg/人，總產(chǎn)量達到2.24億噸。 2014年鋼產(chǎn)量為8.2270億噸，人均600kg。 預計近年內(nèi)將保持8億噸左右的峰值，人均 占有鋼達到600kg/人 l中國要實現(xiàn)全面工業(yè)化，達到發(fā)達

6、國家整 體水平，基礎設施建設時間約需50年，累 積用鋼應達到400億噸（人均30噸），故鋼 鐵產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)發(fā)展還有2030年 l中國后工業(yè)化社會仍需保持300kg/人年，即 5億噸/年的鋼鐵材料生產(chǎn)供應水平 提高性能 改善鋼材品種結(jié)構 鋼帶鋼帶 6%6% 其他其他 1%1% 鋼管鋼管 7%7% 中厚鋼板中厚鋼板 13%13% 線材線材 19%19% 普通型材普通型材 35%35% 優(yōu)質(zhì)型材優(yōu)質(zhì)型材 6%6% 薄鋼板薄鋼板 13%13% 增加品種：How many different types of steel grades are available? lSteel is not a singl

7、e product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, environmental, 75% of which have been developed in the last 20 years. lSources: 生產(chǎn)結(jié)構調(diào)整 產(chǎn)品結(jié)構變化棒線材轉(zhuǎn)向扁平材 開發(fā)高質(zhì)量和新型鋼材 工藝裝備調(diào)整小方坯連鑄-棒線材軋制 板坯連鑄-扁平材軋制 擴大高爐爐容 轉(zhuǎn)爐

8、大型化 超高功率電爐 降低生產(chǎn)成本提高成材率： 連鑄比與粗鋼產(chǎn)量 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 year crude steel tonnage, 10 4 tons 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CC ratio, % crude steel CC ratio 采用先進鋼鐵生產(chǎn)工藝技術 煉鐵 Ironmaking 高爐噴吹煤粉技術 降低煉鐵各工序能耗 煉鋼 Stee

9、lmaking 濺渣護爐技術 轉(zhuǎn)爐復吹技術 電爐煉鋼技術 二次精煉技術 連鑄 Continuous casting 傳統(tǒng)連鑄生產(chǎn)的高效化 新型連鑄技術 軋鋼 Hot rolling 確立先進軋鋼生產(chǎn)流程 生產(chǎn)裝備和技術的現(xiàn)代化 開發(fā)新型軋鋼生產(chǎn)技術 超快冷技術 l 高爐噴煤技術 10年多噴吹煤粉（重點高爐噴煤比達到120kg/t） 節(jié)約焦炭712萬噸，節(jié)約成本11億元。 l 濺渣護爐技術 普通轉(zhuǎn)爐最長爐齡已大于3萬爐（重點企業(yè)平均 3600爐），復吹爐最高大于2.9萬爐。按年產(chǎn)1億 噸轉(zhuǎn)爐鋼計算年經(jīng)濟效益3億元。 l 連鑄工藝與裝備技術 10年間連鑄比增加61.9個百分點，節(jié)約成本約95 億元

10、。 l 棒線材連軋 10年間共提高了45個百分點，節(jié)約成本17億元。 l 綜合節(jié)能技術 10年降低0.691噸標煤，節(jié)約成本356億元。 高效化生產(chǎn)工藝 l 生產(chǎn)結(jié)構優(yōu)化的重點： l 縮短工藝優(yōu)化流程，緊湊化、連續(xù)化 l 實現(xiàn)封閉生產(chǎn)，達到零排放 l 管理信息化，生產(chǎn)智能化 l 環(huán)境友好，建立節(jié)能型鋼鐵廠 薄板坯連鑄連軋高效化生產(chǎn)工藝 l 國外薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線水平為：單流130萬噸，雙流 200萬噸。 l 國內(nèi)投產(chǎn)的7條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，研究開發(fā)和采用 高效化生產(chǎn)工藝，使單流產(chǎn)量達到150萬噸/年，雙流產(chǎn)量 達到300萬噸/年。 l 將對我國和世界薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝產(chǎn)生巨大的影響

11、微合金鋼與微合金化技術是鋼鐵材料 發(fā)展的重要方向 l超細晶粒鋼，微米級晶粒尺寸的獲得與控 制 l超微細第二相強化鋼，納米級第二相的獲 得與控制 l屈強比問題，提高抗拉強度及均勻延伸率 是重要方向，而第二相與夾雜物的尺寸控 制是鋼鐵材料中微裂紋尺寸控制的關鍵 電爐煉鋼新技術 l20年后，電爐煉鋼將成為最主要的鋼鐵生 產(chǎn)方式（廢鋼原料將超過鐵礦石原料） l超大功率 l節(jié)能降耗 l緊湊生產(chǎn) 銅在鋼中的應用與控制 l廢鋼原料的大量應用必然帶來銅在鋼中的 富積 l銅在鋼中產(chǎn)生熱脆 l銅提高鋼的耐候性 l銅在鋼中可產(chǎn)生強烈的沉淀析出強化 AlN在鋼中的作用研究 l鋁廣泛用于脫氧，故在鋼中普遍存在，合 金化

12、成本低廉 lAlN不僅可能以六方ZnS晶體結(jié)構的形態(tài)存 在，近年來發(fā)現(xiàn)還可能以面心立方NaCl晶 體結(jié)構的形態(tài)出現(xiàn)，從而具有類似于微合 金碳氮化物的作用 l奧氏體區(qū)析出控制晶粒粗化并適當調(diào)節(jié)形 變奧氏體再結(jié)晶行為，鐵素體區(qū)析出產(chǎn)生 強烈沉淀強化效果 N在鋼中的作用研究 lFe-C相圖與Fe-N相圖的比較 l擴大奧氏體區(qū)元素，替代鎳用于生產(chǎn)不銹 鋼（不銹鋼需求量的增長速度大致是鋼產(chǎn) 量增長速度的23倍，世界性鎳資源匱乏， 預計鎳資源可用時間僅為數(shù)十年） l強烈的間隙固溶強化 l氮化物比碳化物更穩(wěn)定，顆粒尺寸更細小 l冶煉難度很大：高壓熔煉、加入高氮合金 甚至氮化物粉體 鋼鐵材料研究的挑戰(zhàn)與機遇

13、l上千年的發(fā)展使其 進一步創(chuàng)新難度增 大 l工業(yè)化試驗費用很 高 l企業(yè)創(chuàng)新觀念需加 強 l經(jīng)濟效益顯著，對 國民經(jīng)濟影響較大 l上千年的發(fā)展積累 了豐富的經(jīng)驗和奠 定了良好的基礎 l中國正逐步成為世 界鋼鐵研究的中心 二、Fe-C合金 Fe-Fe3C相圖 727 溫溫 度，度， 0.77% 2.11%4.30% 0.0218% 1148 143265 C, % 14950.09% 0.52% 0.17% 912 1394 1538 1227 6.69 L Fe-Fe3C相圖：特征點 lA:0%C,1538 lB:0.52%C,1495 lC:4.3%C,1148 lD:6.69%C,約122

14、7 lE:2.11%C,1148 lF:6.69%C,1148 lG:0%C,912 lH:0.09%C,1495 lJ :0.17%C,1495 lK:6.69%C,727 lN:0%C,1394 lP:0.0218%C,727 lQ:0%C,-273 lS:0.77%C,727 Fe-Fe3C相圖：相區(qū) l ABCD線以上：L相區(qū)（液相區(qū)） l AHN區(qū)：-鐵素體區(qū) l GPQ區(qū)：-鐵素體區(qū) 5個單相區(qū) l NJESG區(qū)：奧氏體區(qū) l DFK線：Fe3C區(qū) l ABH區(qū)：-鐵素體液相區(qū) l HJN區(qū)：-鐵素體奧氏體區(qū) l JBCE區(qū)：奧氏體液相區(qū) l CDF區(qū)：Fe3C液相區(qū) 7個雙相區(qū)

15、l EFKS區(qū)：奧氏體Fe3C區(qū) l GPS區(qū)：鐵素體+奧氏體區(qū) l QPK線以下：鐵素體+ Fe3C區(qū) Fe-Fe3C相圖：三相平衡反應 1、1495： -鐵素體(0.09%C)+L液相(0.52%C)A奧氏 體(0.17%C) 2、1148： L液相(4.3%C)A奧氏體(2.11%C)+Fe3C 3、727： A奧氏體(0.77%C)鐵素體(0.0218%C)+Fe3C Fe-Fe3C相圖：基本相 l液態(tài)鐵L(Liquid iron)，密度7.035t/m3 l-鐵素體(-Ferrite) ，又稱高溫鐵素體，BCC晶體 結(jié)構，1394的點陣常數(shù)為0.29318nm，密度 7.360t/m

16、3 lA奧氏體(Austenite)，-相，F(xiàn)CC晶體結(jié)構， 912的點陣常數(shù)為0.36468nm，密度7.420t/m3 lF鐵素體(Ferrite) ，BCC晶體結(jié)構，室溫點陣常數(shù) 0.286645nm，密度7.875t/m l滲碳體Fe3C(Cementite)，正交晶體結(jié)構，分為一 次、共晶、二次、共析、三次滲碳體，室溫點陣 常數(shù)為0.45235、0.50890、0.67433nm，密度7.683t/m3 Fe-Fe3C組織圖 P Ld Ld L 1234566.69 C，% 溫度，溫度， 基本組織 l珠光體(Pearlite)，鐵素體與滲碳體的共析混 合物，平衡狀態(tài)下呈片層狀。滲碳體

17、質(zhì)量 11.22%，鐵素體質(zhì)量88.78%，但從金相形 貌上看差別沒有這么大 l萊氏體(Ledeburite)，鐵碳合金共晶反應混 合物。高溫萊氏體為奧氏體和滲碳體的共 晶混合物，滲碳體質(zhì)量52.18%，奧氏體質(zhì) 量47.82% ；低溫萊氏體為珠光體(30.69%) 與共晶滲碳體(52.18%)、二次滲碳體 (17.13%)的混合物 共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼 冷卻過程中的組織演變 Fe-石墨相圖 4.26 727 738 0.0206 0.68 2.08 1154 1148 +G +G C, % L 溫溫 度，度， 3825 Fe-石墨相圖與Fe-Fe3C相圖比較 lFe-石墨相圖的共析溫度

18、升高了11、共晶 溫度升高了6，相應地使C、E、S、P點向 低碳含量方向移動了0.04%、0.03%、0.09%、 0.0012%。 Fe-石墨相圖的右端為100%碳含 量，而Fe-Fe3C相圖僅為6.69% l石墨比滲碳體更為穩(wěn)定，故Fe-石墨相圖 才是真正的平衡相圖，而Fe-Fe3C相圖是亞 穩(wěn)平衡相圖 lFe-石墨相圖主要在鑄鐵生產(chǎn)中應用 石墨 lFe-石墨相圖中出現(xiàn)的重要相石墨為六方結(jié)構 的層狀晶體，室溫點陣常數(shù)為0.24612nm、 0.67078nm，密度為2.267t/m3，熔點3825 l石墨強度、硬度較低且多孔隙，是良好的導 電、導熱材料，減摩潤滑，減震降噪 l在鋼鐵材料中同

19、樣可分為一次、共晶、二次、 共析、三次石墨 l石墨密度明顯比鐵低，鋼鐵凝固過程中可減 少縮孔率 l鋼鐵中的石墨形態(tài)有片狀、球形、蠕蟲形等 三、鋼鐵材料的 強韌化理論 鋼鐵材料的性能控制因素 l每一門學科均存在對研究對象的性質(zhì)起基 礎控制作用的因素，它們構成了該學科的 研究基礎層次 l化學的基礎層次是原子，原子物理學的基 礎層次是層子，天文學的基礎層次是星體 l結(jié)構材料學的基礎層次是顯微缺陷組織， 它控制了材料的力學性能 組織性能關系 材料性能材料性能 力學性能 物理性能 化學性能 腐蝕與磨損 工藝性能 材料組織材料組織 化學分析 金相分析 X射線晶體學 電子顯微分析 相分析 材料學材料學 鋼鐵

20、材料學 合金化原理 組織性能關系 材料化學成分熱歷史與力學歷史 材料性能 組織性能關系 材料化學成分熱歷史與力學歷史 材料顯微缺陷組織 材料性能 組織性能關系 l復雜問題分段解決 l性能F=F(各種成分及工藝參量） 該函數(shù)關系式將非常復雜而難于實際應用 l性能F= F(各種顯微缺陷組織參量） 顯微缺陷組織參量f=f (各種成分及工藝參量） 由此可將復雜的問題分解為兩步，過程中可 剔除明顯不需要研究的部分 顯微缺陷組織 l點缺陷：空位、間隙原子、固溶原子（置 換固溶、間隙固溶） l線缺陷：位錯 l面缺陷：晶界、相界、表面 l體缺陷：第二相、夾雜物 組織性能關系（強韌化原理） l位錯與各種顯微缺

21、陷組織的相互作用 間隙固溶原子 置換固溶原子 林位錯 晶界 第二相 l相應的強韌化技術 間隙固溶強化 置換固溶強化 位錯強化 晶粒細化強化 第二相強化 強韌化工藝解析 l馬氏體強化：碳間隙固溶強化、孿晶界強 化、相變位錯強化，低溫回火后-碳化物沉 淀強化 l加工硬化或應變硬化：位錯強化 l沉淀強化或時效硬化：第二相強化 位錯點陣阻力 l位錯運動的點陣阻力，即P-N力P： ) 4 exp( 1 2 P b G )1 ( 2 d 位錯點陣阻力 由P-N模型可知，位錯寬度增加將使P-N力 降低，因而刃位錯較螺位錯的P-N力低而更 容易滑移；位錯柏矢量絕對值減小及位錯滑 移面間距的增大將使P-N力降低

22、，因而位錯 總是在密排面上沿密排方向滑移；由于面心 立方點陣和密排六方點陣的晶體較體心立方 點陣的晶體在密排面上的原子排列更緊密， 因而面心立方點陣和密排六方點陣的晶體的 P-N力較低而體心立方點陣的晶體的P-N力較 高。 位錯點陣阻力 表1 一些金屬晶體在室溫的P實驗測定值（MPa） 體心立方金屬M為2，故鐵的P-N力約56.8MPa 金屬AlCuAgAuNiFeMgZnCdSnBi P1.81.0 P P P coscos MR 強固溶強化元素的固溶強化強度增量 l碳含量變動較小時，也可表述為： lkC 、 kN通常取為4570MPa

23、(小于0.2時) 2/ 1 CCP CKR P CC Rk C 弱固溶強化元素的固溶強化強度增量 l常見置換固溶元素的強化作用系數(shù)值 kM （MPa） Mn,37; Si,84; P,470; Cu,38; Cr,-40; Ni,0 MMP MkR 固溶強化效果比較 Alloy Mass，% YIELD STRENGTH INCREMENT, MPa 固溶強化效果比較 lC、N間隙固溶強化是鋼中最經(jīng)濟有效的強 化方式，0.2%提供強度增量約900MPa， 0.8%提供強度增量約1800MPa（Fe-C合金， 含氮鋼的發(fā)展） l大多數(shù)置換固溶元素的固溶強化是很不經(jīng) 濟的強化方式 l注意M、M的區(qū)

24、別，只有處于固溶態(tài)的部 分才能產(chǎn)生固溶強化作用 位錯強化 l鋼鐵材料中大致在0.4-0.5之間 l位錯密度：退火態(tài)大致在105-106/mm2，正 火態(tài)大致在107/mm2 ，低碳位錯馬氏體中或 表面冷變形強化的鋼鐵材料中大致在108- 109/mm2，劇烈冷加工態(tài)鋼鐵材料中最高可 達51010/mm2 2/1 DP 2GbR 位錯強化效果 l退火態(tài)：6.4-20.3 MPa l正火態(tài)：64MPa l低碳位錯馬氏體或表面冷變形強化：203- 641MPa l劇烈冷加工態(tài)：最高4529MPa （目前人們 獲得的最高強度就是在冷拉鋼絲中通過劇 烈冷加工得到） l突出的問題是位錯密度測定或估算 晶粒

25、細化強化 l Hall-Petch關系式： l低碳鋼中比例系數(shù)約為17.4MPamm1/2；高 碳鋼中約為22.3MPamm1/2。但晶粒超細化 后比例系數(shù)將降低。 l該類型關系式可用于抗拉強度、斷裂強度 等。 2/1 yGP DkR 晶粒細化強化效果 lASTM 8級晶粒度相當于20m 的晶粒尺寸， 約7 .07mm-1/2 。晶粒度級別增大2級，晶粒 尺寸減小為一半， mm-1/2數(shù)增大為21/2倍。 l傳統(tǒng)熱軋鋼材保證6級晶粒度，5mm-1/2 ，晶 粒細化強度增量87MPa l控制軋制鋼材可達5m 的晶粒尺寸， 14.14mm-1/2 ，晶粒細化強度增量246MPa 第二相強化 lOr

26、owan機制與切過機制 dC Orowan Mechanism Cutting Mecanism Orowan機制下的強度增量 l第二相體積方式很小時（f1/2遠小于 0.854/1.2） ： l鋼鐵材料中，G為80650 MPa，泊松比為 0.291，b為0.24824nm， 可得： ) 2 2.1 ln(3728.0 2/1 PP b d d f K Gb R )417.2ln(8995 2/1 PP d d f R Orowan機制下的強度增量 l高碳鋼中滲碳體體積分數(shù)可高達15，平 均尺寸1 m （1000nm），強度增量 27.1MPa；最佳控制條件下平均尺寸 100nm， 強度增量

27、191MPa 。 l微合金鋼中微合金碳氮化物體積分數(shù)僅為 0.1，最佳控制條件下平均尺寸 2nm，強 度增量228MPa ；若體積分數(shù)增加至0.28%， 強度增量約410MPa 。 強化作用的疊加 l不同固溶元素所產(chǎn)生的固溶強化效果可以直接 線性疊加；置換固溶強化效果與位錯強化、細 晶強化或第二相強化的強化效果也可線性疊加 l某一強化方式的強化效果遠大于其他強化方式 的強化效果時，可忽略同類其他強化方式的強 化效果而將非同類強化方式產(chǎn)生的強化效果直 接線性疊加 l位錯強化和細晶強化采用均方根疊加 l不同種類第二相的強化效果采用均方根疊加 脆性矢量 l強度必須有足夠的韌性做保證才能充分發(fā) 揮作用

28、，但強度和韌性是一對矛盾，提高 強度時一般均將使材料韌性下降。因此， 強韌化原理必須包括韌性方面的考慮 l低碳鋼及低合金鋼韌性的最主要指標是韌 脆轉(zhuǎn)變溫度TC l每提高強度1MPa使韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC升高的 溫度數(shù)稱為該強化方式的脆性矢量 脆性矢量 晶粒細化 6 4 -10 析出強化 位錯強化 20%珠光體 屈服強度 P+53N+30 Sn+17 C+10 Si+8 Mn- -5 Al- -27 屈服強度增量 15MPa 韌脆轉(zhuǎn)折溫度(ITT), 脆性矢量 l晶粒細化強化的脆性矢量為-0.67/MPa ，是 唯一的在提高強度的同時提高材料韌性的強 化方式，因而獲得最廣泛的重視 l合金元素Al、M

29、n對晶粒細化有較好作用 l沉淀強化，0.26/MPa ，相對較小 l片層狀滲碳體強化，1.07/MPa l位錯強化，0.4/MPa l間隙固溶強化的C、N，1.53、2.0/MPa l置換固溶強化P,3.53；Sn,1.13；Si,0.53；Cr、 Mn,0 /MPa 抗拉強度與屈服強度的相互影響 l屈服強度對微裂 紋的形成過程具 有重要影響 l抗拉強度是其屈服 強度提高的極限， 屈服強度超過抗拉 強度是不可能的， 而屈服強度相當接 近于甚至等于抗拉 強度的鋼材在實際 工程中是不可能安 全應用的 抗拉強度在很大程度上是一個重要的 塑性指標 l抗拉強度Rm與屈服強度RP之間的差值是材 料塑性的重

30、要指標 l材料屈服后繼續(xù)變形將產(chǎn)生加工硬化，流 變應力隨均勻塑性變形量增加而不斷增大， 達到斷裂應力后將不再繼續(xù)均勻塑性變形 而將發(fā)生斷裂?？估瓘姸萊m與屈服強度 RP之間適當?shù)牟钪狄环矫姹ＷC了均勻塑 性的實現(xiàn)（屈服比很大時均勻塑性變形未 完成就可能發(fā)生斷裂），另一方面對非均 勻塑性（乃至總塑性）有重要的影響 屈強比在塑性變形中具有重要作用 l材料的屈強比被定義為RP/ Rm l屈強比大于或等于1的材料無塑性，且實際 屈服強度被降低 l屈強比在0.9以上的鋼材在使用安全性方面 存在隱患 l屈強比在0.6以下的鋼材具有良好的冷加工 變形性能 抗拉強度在很大程度上是一個重要的 韌性指標 靜力韌度U

31、T被定義為靜拉伸實驗中材料斷 裂前單位體積所吸收的功： C SU 0 T d 脆性材料 韌性材料或 ARU A RR UARU mT Pm TmT 3 2 2 抗拉強度在很大程度上是一個重要的 韌性指標 l斷裂韌度將材料的斷裂強度與微裂紋尺寸 結(jié)合為一個韌性指標： CIC aSK C 材料斷裂強度 l由Griffith脆性斷裂理論推導并經(jīng)塑性修正 后的平面應變狀態(tài)下材料的斷裂強度SC為： 2/ 1 C 2 PS C )1 ( )2( a E S 提高材料斷裂強度的機制 l減小微裂紋尺寸aC l增大裂紋尖端塑性變形功P （材料基 體的比表面能S 變化幅度很小，一般 在1-1.5J/m2范圍；而裂紋尖端單位面 積塑性變形功P 變化范圍可從0變化到 100000 J/m2） 微裂紋的產(chǎn)生 l原有未鈍化的孔洞或裂紋 l弱化的界面（晶界或相界），此時適當?shù)?微區(qū)塑性變形是必須的，因而材料的屈服 強度對抑制微裂紋的產(chǎn)生具有重要作用 l位錯塞積與位錯反應 微裂紋尺寸的控制因素 l塑性材料主要受屈服強度影響，大規(guī)模塑 性撕裂可產(chǎn)生較大尺寸的微裂紋 l高強度材料主要受弱化的晶界尺寸或第二 相（包括夾雜物）尺寸的影響 微裂紋的擴展 l只有達到臨界尺寸的微裂紋才會失穩(wěn)擴展 導致斷裂，因而控制材料中的微裂紋失穩(wěn) 擴展必須控制微裂紋的最大尺寸而不是平 均尺寸 l微裂