鋼鐵材料學(xué)1～3

1、鋼鐵材料學(xué)一、引言材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)l材料、能源、信息構(gòu)成人類文明，而材料是基礎(chǔ)l任何物質(zhì)只要能為人類經(jīng)濟(jì)地使用，就成為材料l結(jié)構(gòu)材料是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)l人類社會的發(fā)展是以材料作為基礎(chǔ)標(biāo)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(gòu)材料的性能要求1l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(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度，抗拉、抗壓、抗彎、耐磨、抗疲勞，輕量化要求如高層建筑、運(yùn)輸工具）溫度穩(wěn)定性（冷脆、熱強(qiáng)性）環(huán)境介質(zhì)作用穩(wěn)定性（耐候性）結(jié)構(gòu)材料的性能要求2l安全性韌性（沖擊載荷作用下吸收能量）耐溫（不同使用條件下有不同要求，如低溫鋼、耐火鋼）耐蝕

2、（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(fù)（如加工硬化）結(jié)構(gòu)材料的性能要求3l易于成型和加工不同結(jié)構(gòu)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(jī)械加工：反復(fù)軟化與硬化）連接成型（焊接、粘合、機(jī)械結(jié)合、復(fù)合、涂飾）結(jié)構(gòu)材料的性能要求4l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(shù)、成型工藝技術(shù)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)、性能提高的工藝技術(shù)等）環(huán)境友好結(jié)構(gòu)材料的性能要求5l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

3、降噪隔熱色彩（如彩鋼）特殊性能（如抗菌、手感）主要結(jié)構(gòu)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(hù)，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(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

4、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(qiáng)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(shù)的發(fā)展方向l提高產(chǎn)量滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需求l高性能高強(qiáng)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(xì)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(dá)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-

5、50噸l發(fā)達(dá)國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)達(dá)到飽和后，仍保持人均300-500kg/年的生產(chǎn)供應(yīng)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(dá)到當(dāng)時世界平均水平約160kg/人，總產(chǎn)量達(dá)到2.24億噸。2014年鋼產(chǎn)量為8.2270億噸，人均600kg。預(yù)計近年內(nèi)將保持8億噸左右的峰值，人均占有鋼達(dá)到600kg/人l中國要實現(xiàn)全面工業(yè)化，達(dá)到發(fā)達(dá)國家整體水平，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時間約需50年，累積用鋼應(yīng)達(dá)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(yīng)水平提高性能改善鋼材品種結(jié)構(gòu)鋼帶鋼帶

6、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 single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, environmental

7、, 75% of which have been developed in the last 20 years. lSources: 生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(kuò)大高爐爐容轉(zhuǎn)爐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020004000600080001000012000140001600018000197919811983198519871989199119931995199719992001yearcrude steel tonnage,

8、104tons0102030405060708090100CC ratio, %crude steelCC ratio采用先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)煉鐵Ironmaking高爐噴吹煤粉技術(shù)降低煉鐵各工序能耗煉鋼Steelmaking濺渣護(hù)爐技術(shù)轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)電爐煉鋼技術(shù)二次精煉技術(shù)連鑄Continuous casting傳統(tǒng)連鑄生產(chǎn)的高效化新型連鑄技術(shù)軋鋼Hot rolling確立先進(jìn)軋鋼生產(chǎn)流程生產(chǎn)裝備和技術(shù)的現(xiàn)代化開發(fā)新型軋鋼生產(chǎn)技術(shù)超快冷技術(shù)l 高爐噴煤技術(shù)10年多噴吹煤粉（重點高爐噴煤比達(dá)到120kg/t）節(jié)約焦炭712萬噸，節(jié)約成本11億元。l 濺渣護(hù)爐技術(shù)普通轉(zhuǎn)爐最長爐齡已大于3萬爐（重點

9、企業(yè)平均3600爐），復(fù)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(jì)效益3億元。l 連鑄工藝與裝備技術(shù)10年間連鑄比增加61.9個百分點，節(jié)約成本約95億元。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(shù)10年降低0.691噸標(biāo)煤，節(jié)約成本356億元。高效化生產(chǎn)工藝l 生產(chǎn)結(jié)構(gòu)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(dá)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

10、用高效化生產(chǎn)工藝，使單流產(chǎn)量達(dá)到150萬噸/年，雙流產(chǎn)量達(dá)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)生巨大的影響微合金鋼與微合金化技術(shù)是鋼鐵材料發(fā)展的重要方向l超細(xì)晶粒鋼，微米級晶粒尺寸的獲得與控制l超微細(xì)第二相強(qiáng)化鋼，納米級第二相的獲得與控制l屈強(qiáng)比問題，提高抗拉強(qiáng)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(guān)鍵電爐煉鋼新技術(shù)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(yīng)用與控制l廢鋼原料的大量應(yīng)用必然帶來銅在鋼中的富積l銅在鋼中產(chǎn)生熱脆l(xiāng)銅提高鋼的耐候性l銅在鋼中可產(chǎn)

11、生強(qiáng)烈的沉淀析出強(qiáng)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，合金化成本低廉lAlN不僅可能以六方ZnS晶體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(dāng)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(qiáng)烈沉淀強(qiáng)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(kuò)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(yù)計鎳資源可用時間僅為數(shù)十年）l強(qiáng)烈的間隙固溶強(qiáng)化l氮化物比碳化物更穩(wěn)定，顆粒尺寸更細(xì)小l冶煉難度很大：高壓熔煉、加入

12、高氮合金甚至氮化物粉體鋼鐵材料研究的挑戰(zhàn)與機(jī)遇l上千年的發(fā)展使其進(jìn)一步創(chuàng)新難度增大l工業(yè)化試驗費(fèi)用很高l企業(yè)創(chuàng)新觀念需加強(qiáng)l經(jīng)濟(jì)效益顯著，對國民經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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%1148143265C, %14950.09%0.52%0.17%9121394153812276.69LFe-Fe3C相圖：特征點lA:0%C,1538 lB:0.52%C,1495lC:4.3%C,1148 lD:6.69%C,約1227lE:2.11%C,11

13、48 lF:6.69%C,1148lG:0%C,912 lH:0.09%C,1495lJ :0.17%C,1495 lK:6.69%C,727lN:0%C,1394 lP:0.0218%C,727lQ:0%C,-273lS:0.77%C,727Fe-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)l EFKS區(qū)：奧氏體Fe3C區(qū)l GPS區(qū)：鐵素體+

14、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(yīng)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)+Fe3C3、727： A奧氏體(0.77%C)鐵素體(0.0218%C)+Fe3CFe-Fe3C相圖：基本相l(xiāng)液態(tài)鐵L(Liquid iron)，密度7.035t/m3l-鐵素體(-Ferrite) ，又稱高溫鐵素體，BCC晶體結(jié)構(gòu)，1394的點陣常數(shù)為0.29318nm，密度7.360t/m3lA奧氏體(Austenite)，-相，F(xiàn)CC晶體結(jié)構(gòu)，912的點陣常數(shù)

15、為0.36468nm，密度7.420t/m3lF鐵素體(Ferrite) ，BCC晶體結(jié)構(gòu)，室溫點陣常數(shù)0.286645nm，密度7.875t/ml滲碳體Fe3C(Cementite)，正交晶體結(jié)構(gòu)，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/m3Fe-Fe3C組織圖PLdLdL1234566.69C，%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

16、合金共晶反應(yīng)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4.267277380.02060.682.0811541148+G+GC, %L溫溫度，度，3825Fe-石墨相圖與Fe-Fe3C相圖比較lFe-石墨相圖的共析溫度升高了11、共晶溫度升高了6，相應(yīng)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，

17、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(yīng)用石墨lFe-石墨相圖中出現(xiàn)的重要相石墨為六方結(jié)構(gòu)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3825l石墨強(qiáng)度、硬度較低且多孔隙，是良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，減摩潤滑，減震降噪l在鋼鐵材料中同樣可分為一次、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(qiáng)韌化理論鋼鐵材料的性能控制因素l每一門學(xué)科均存在對

18、研究對象的性質(zhì)起基礎(chǔ)控制作用的因素，它們構(gòu)成了該學(xué)科的研究基礎(chǔ)層次l化學(xué)的基礎(chǔ)層次是原子，原子物理學(xué)的基礎(chǔ)層次是層子，天文學(xué)的基礎(chǔ)層次是星體l結(jié)構(gòu)材料學(xué)的基礎(chǔ)層次是顯微缺陷組織，它控制了材料的力學(xué)性能組織性能關(guān)系材料性能材料性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能腐蝕與磨損工藝性能材料組織材料組織化學(xué)分析金相分析X射線晶體學(xué)電子顯微分析相分析材料學(xué)材料學(xué)鋼鐵材料學(xué)合金化原理組織性能關(guān)系材料化學(xué)成分熱歷史與力學(xué)歷史材料性能組織性能關(guān)系材料化學(xué)成分熱歷史與力學(xué)歷史材料顯微缺陷組織材料性能組織性能關(guān)系l復(fù)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(guān)系式將非常復(fù)雜而難于實際應(yīng)用l性能F= F(各種顯

19、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(fù)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(guān)系（強(qiáng)韌化原理）l位錯與各種顯微缺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(xiāng)相應(yīng)的強(qiáng)韌化技術(shù)間隙固溶強(qiáng)化置換固溶強(qiáng)化位錯強(qiáng)化晶粒細(xì)化強(qiáng)化第二相強(qiáng)化強(qiáng)韌化工藝解析l馬氏體強(qiáng)化：碳間隙固溶強(qiáng)化、孿晶界強(qiáng)化、相變位錯強(qiáng)化，低溫回火后-碳化物沉淀強(qiáng)化l加工硬化或應(yīng)變硬化：位錯強(qiáng)化l沉淀強(qiáng)化或時效硬化：第二相強(qiáng)化位錯點陣阻

20、力l位錯運(yùn)動的點陣阻力，即P-N力P： )4exp(12PbG)1 ( 2d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，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(fèi)為2，故鐵的P-N力約56.8MPa金屬AlCuAgAuNiFeMgZn

21、CdSnBiP1.81.0PPPcoscosMR強(qiáng)固溶強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化強(qiáng)度增量 l碳含量變動較小時，也可表述為：lkC 、 kN通常取為4570MPa(小于0.2時)2/ 1CCPCKRP CC Rk C弱固溶強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化強(qiáng)度增量 l常見置換固溶元素的強(qiáng)化作用系數(shù)值 kM（MPa） Mn,37; Si,84; P,470; Cu,38; Cr,-40; Ni,0MMPMkR固溶強(qiáng)化效果比較Alloy Mass，%YIELD STRENGTH INCREMENT, MPa固溶強(qiáng)化效果比較lC、N間隙固溶強(qiáng)化是鋼中最經(jīng)濟(jì)有效的強(qiáng)化方式

22、，0.2%提供強(qiáng)度增量約900MPa，0.8%提供強(qiáng)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(qiáng)化是很不經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化方式l注意M、M的區(qū)別，只有處于固溶態(tài)的部分才能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用位錯強(qiáng)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(qiáng)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(dá)51010/mm2 2/1DP2GbR位錯強(qiáng)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(qiáng)化：203-641M

23、Pa l劇烈冷加工態(tài)：最高4529MPa （目前人們獲得的最高強(qiáng)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 晶粒細(xì)化強(qiáng)化l Hall-Petch關(guān)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(xì)化后比例系數(shù)將降低。l該類型關(guān)系式可用于抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度等。2/1yGPDkR晶粒細(xì)化強(qiáng)化效果lASTM 8級晶粒度相當(dāng)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(xì)化強(qiáng)度增量87MPal控

24、制軋制鋼材可達(dá)5m 的晶粒尺寸，14.14mm-1/2 ，晶粒細(xì)化強(qiáng)度增量246MPa第二相強(qiáng)化lOrowan機(jī)制與切過機(jī)制dCOrowan MechanismCutting MecanismOrowan機(jī)制下的強(qiáng)度增量l第二相體積方式很小時（f1/2遠(yuǎn)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：)22.1ln(3728.02/1PPbddfKGbR)417.2ln(89952/1PPddfROrowan機(jī)制下的強(qiáng)度增量l高碳鋼中滲碳體體積分?jǐn)?shù)可高達(dá)15，平均尺寸1 m （1000nm），強(qiáng)度增量27.1MPa；最佳控制

25、條件下平均尺寸 100nm，強(qiáng)度增量191MPa 。l微合金鋼中微合金碳氮化物體積分?jǐn)?shù)僅為0.1，最佳控制條件下平均尺寸 2nm，強(qiáng)度增量228MPa ；若體積分?jǐn)?shù)增加至0.28%，強(qiáng)度增量約410MPa 。強(qiáng)化作用的疊加l不同固溶元素所產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化效果可以直接線性疊加；置換固溶強(qiáng)化效果與位錯強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化或第二相強(qiáng)化的強(qiáng)化效果也可線性疊加l某一強(qiáng)化方式的強(qiáng)化效果遠(yuǎn)大于其他強(qiáng)化方式的強(qiáng)化效果時，可忽略同類其他強(qiáng)化方式的強(qiáng)化效果而將非同類強(qiáng)化方式產(chǎn)生的強(qiáng)化效果直接線性疊加 l位錯強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化采用均方根疊加 l不同種類第二相的強(qiáng)化效果采用均方根疊加 脆性矢量l強(qiáng)度必須有足夠的韌性做保證才能充分

26、發(fā)揮作用，但強(qiáng)度和韌性是一對矛盾，提高強(qiáng)度時一般均將使材料韌性下降。因此，強(qiáng)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(biāo)是韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC l每提高強(qiáng)度1MPa使韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC升高的溫度數(shù)稱為該強(qiáng)化方式的脆性矢量脆性矢量晶粒細(xì)化64-10析出強(qiáng)化位錯強(qiáng)化20%珠光體屈服強(qiáng)度P+53N+30Sn+17C+10Si+8Mn- -5Al- -27屈服強(qiáng)度增量15MPa韌脆轉(zhuǎn)折溫度(ITT), 脆性矢量l晶粒細(xì)化強(qiáng)化的脆性矢量為-0.67/MPa ，是唯一的在提高強(qiáng)度的同時提高材料韌性的強(qiáng)化方式，因而獲得最廣泛的重視l合金元素Al、Mn對晶粒細(xì)化有較好作用l沉淀強(qiáng)化，0.26/M

27、Pa ，相對較小l片層狀滲碳體強(qiáng)化，1.07/MPa l位錯強(qiáng)化，0.4/MPa l間隙固溶強(qiáng)化的C、N，1.53、2.0/MPa l置換固溶強(qiáng)化P,3.53；Sn,1.13；Si,0.53；Cr、Mn,0 /MPa 抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的相互影響l屈服強(qiáng)度對微裂紋的形成過程具有重要影響 l抗拉強(qiáng)度是其屈服強(qiáng)度提高的極限，屈服強(qiáng)度超過抗拉強(qiáng)度是不可能的，而屈服強(qiáng)度相當(dāng)接近于甚至等于抗拉強(qiáng)度的鋼材在實際工程中是不可能安全應(yīng)用的 抗拉強(qiáng)度在很大程度上是一個重要的塑性指標(biāo)l抗拉強(qiáng)度Rm與屈服強(qiáng)度RP之間的差值是材料塑性的重要指標(biāo) l材料屈服后繼續(xù)變形將產(chǎn)生加工硬化，流變應(yīng)力隨均勻塑性變形量增加而不斷增

28、大，達(dá)到斷裂應(yīng)力后將不再繼續(xù)均勻塑性變形而將發(fā)生斷裂。抗拉強(qiáng)度Rm與屈服強(qiáng)度RP之間適當(dāng)?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(qiáng)比在塑性變形中具有重要作用l材料的屈強(qiáng)比被定義為RP/ Rml屈強(qiáng)比大于或等于1的材料無塑性，且實際屈服強(qiáng)度被降低l屈強(qiáng)比在0.9以上的鋼材在使用安全性方面存在隱患l屈強(qiáng)比在0.6以下的鋼材具有良好的冷加工變形性能抗拉強(qiáng)度在很大程度上是一個重要的韌性指標(biāo) 靜力韌度UT被定義為靜拉伸實驗中材料斷裂前單位體積所吸收的功：CSU0Td脆性材料韌性材料或ARUARRUARUmTPmTm

29、T322抗拉強(qiáng)度在很大程度上是一個重要的韌性指標(biāo)l斷裂韌度將材料的斷裂強(qiáng)度與微裂紋尺寸結(jié)合為一個韌性指標(biāo)：CICaSKC材料斷裂強(qiáng)度l由Griffith脆性斷裂理論推導(dǎo)并經(jīng)塑性修正后的平面應(yīng)變狀態(tài)下材料的斷裂強(qiáng)度SC為： 2/ 1C2PSC)1 ()2(aES提高材料斷裂強(qiáng)度的機(jī)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(dāng)?shù)奈^(qū)塑性變形是必須的，因而材料的屈服強(qiáng)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(yīng)微裂紋尺寸的控制因素l塑性材料主要受屈服強(qiáng)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(qiáng)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(kuò)展l只有達(dá)到臨界尺寸的微裂紋才會失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂，因而控制材料中的微裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展必須控制微裂紋的最大尺寸而不是平均尺寸 l微裂紋亞臨界擴(kuò)展時的斷裂塑性功與微