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合金钢的各种改善断裂韧性的机制
合金高强度钢一般是以C为主要强化形成元素的淬火回火马氏体钢,这类钢具有强度高,屈强比低,合金元素少和经济性好等优点,其主要问题是现在钢种的韧性较低,特别是断裂韧性达不到要求,国内外近20年来在改善这类钢的断裂韧性上做了一些工作,不过效果和实用性都不是十分理想,从钢的成分设计入手来改善钢的强韧性,尤其是钢的断裂韧性。这类钢的淬火组织基本上是位错马氏体,亦有少量的孪晶马氏体。采用低中温回火时,其使用组织主要是回火马氏体,少量的残余奥氏体,及回火时析出的ε-碳化物。此类钢的高强度主要来源于间隙固溶强化,当低合金钢的碳含量为0.2-0.5%时,低温回火钢的σb与钢中碳的重量百分比(C%)有下列的线性变化规律:Rm(MPa)=2940C%+820。C的间隙固溶对韧性有损害,因此此类钢中碳的含量被控制在0.3-0.4%范围内。碳化物沉淀强化居于次要地位,合金元素对强度的贡献不大,主要是提高钢的淬透性。钢的韧性提高主要是通过适合的合金化及采用略高的回火温度,因此提高钢的回火稳定性极其重要。Si能够很好地提高是回火稳定性,Si延迟ε→θ的转变。ε-碳化物沉淀对韧性的消弱不大,但ε→θ转变后,Fe3C连续薄膜则与第一类回火脆性密切相关,推迟ε→θ转变便意味着推迟第一类回火脆性。因此,在4340钢的基础上又发展了300M新钢种。此外,Ni可以使位错的交滑移变得容易,因此在一些低合金钢高韧性超高强度钢中还加入一定量的Ni元素。

  众所周知,材料的平面应变断裂韧性KIC是反映材料抵抗力脆性破坏能力和预测断裂应力的重要参数,它反映了材料的固有性质,是一个衡量材料抵抗裂纹扩展阻力的指标。平面应变状态下断裂韧性的大小以及断裂遵循的方式取决于多种因素,微细组织对高强度钢的KIC影响很大。因此,为改善钢的KIC采用了许多办法,以获得理想的微细组织。根据最近20年来的研究趋势可概括为以下四个方面。

  第一是通过变性热处理改善微细组织,提高KIC的研究;

  第二是利用形变热处理是组织微细化提高KIC研究;

  第三是控制硫化物夹杂或通过控制其形态与微细组织的改善二者结合来提高KIC和各向同性的研究;

  第四是通过合金设计改善微细组织,提高KIC的研究。

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