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钢铁材料中第二相的有利作用

  钢铁材料中第二相的有利作用

1.第二相控制基体晶粒长大       晶粒细化是使钢材强度提高的同时还提高其韧性的唯一的强化机制,一直受到广泛的重视,在采用各种工艺方法使基体晶粒细化的同时,还必须有效防止晶粒长大才能保证晶粒细化的效果,而第二相钉扎晶界是最重要的阻止晶粒长大的方法。2.第二相沉淀析出强化       基体中弥散分布的第二相颗粒可产生弥散强化作用,由于第二相通常是通过沉淀析出产生的,故也称为沉淀强化。第二相沉淀强化往往会导致钢材韧性的下降,但相对于位错强化及间隙固溶强化等其他强化方式而言,其脆化矢量较小,故第二相强化是除晶粒细化外应优先采用的强化方式。位错越过第二相颗粒的机制有切过机制和绕过机制,其强化机制分别为切过机制和Orowan机制,当第二相相对较软或尺寸很小时主要为切过机制,其强度增量正比于第二相的尺寸和第二相体积分数的二分之一次方,而当第二相较硬或尺寸较大时主要为Orowan机制,其强度增量正比于第二相体积分数的二分之一次方并大致反比于第二相的尺寸。对每一种特定的第二相都存在一个临界尺寸dC,小于临界尺寸时切过机制起作用而大于临界尺寸时Orowan机制起作用,在临界尺寸附近可得到最大的强化效果。3.第二相调节形变基体的再结晶和后续固态多型性相变行为       钢材经受塑性变形后,形变基体中将存在形变储能。形变储能是基体再结晶的驱动能,害可增大后续固态多型性相变的相变驱动能。当第二相在形变过程中以应变诱导析出的方式沉淀析出后,将有效钉扎位错使之不容易发生回复和再结晶,从而显著推迟再结晶的发生。大量试验结果表明,微合金碳氮化物的应变诱导沉淀一旦发生,形变奥氏体的再结晶过程就被显著推迟。应变诱导沉淀的第二相阻止形变奥氏体基体再结晶过程的同时,将使基体的形变储能得以保存,若继续进行形变,则形变储能将不断累积。形变储能可明显增大奥氏体相的自由能,在随后冷却过程中发生铁素体相变时,形变储能将有效促进铁素体相的形成,使铁素体相形成的温度比平衡温度A3明显升高或使确定温度下的铁素体形成量明显大于平衡形成量;同时,应变诱导析出第二相后,奥氏体基体化学成分的变化将增高奥氏体相的自由能,从而进一步促进铁素体相的形成;此外,由于形变基体中晶格畸变和扭折晶界的存在,可明显增大铁素体的非均匀形核率,使得形变诱导铁素体的晶粒尺寸明显细化且分布均匀。4.第二相促进晶内铁素体形成       低碳钢中晶内铁素体的形成可在一定程度上增加铁素体的形核率从而细化铁素体晶粒并使铁素体晶粒的形状和分布有利,近年来受到广泛的关注。事实上,晶内铁素体的最大好处在于:晶内铁素体是在较高温度下形成的,碳含量及合金元素含量很少,因而具有非常高的韧塑性;晶内铁素体分割了原奥氏体晶粒,晶内铁素体的位向与晶界形核连续推进的铁素体晶粒的位向完全不一样,由此可明显抑制了非等轴铁素体晶粒的形成及定向长大;韧性较高的晶内铁素体完全包围了第二相颗粒从而使其对钢材韧塑性和疲劳性能的损害显著降低甚至消除。5.固定非金属元素       钢中一般均存在微量的非金属元素如碳、氮、氢等,它们以间隙固溶状态存在时,往往对钢材的某些性能造成严重的危害。如碳、氮间隙固溶原子往往会偏聚到位错线上形成气团,当材料承受冷加工变形时,气团将阻碍位错发生滑移运动,一旦解钉则将产生屈服伸长,这种不连续屈服现象将严重有效钢材的深冲性能,导致冷加工变形钢材的表面质量下降,对于表面质量要求很高的零件如轿车面板必须严格控制间隙固溶原子的存在。在不锈钢中,间隙固溶原子往往偏聚在晶界上,加工及使用过程中会与固溶的铬发生反应生成相应的化合物,导致晶界附近固溶贫铬而产生晶间腐蚀。6.提高耐磨性       在材料表面具有适当分布的与基体组织良好结合的高硬度第二相颗粒对材料耐磨性的提高具有重要作用。从黏着磨损机理考虑,组织的连续性和性能的均一化会产生较大面积的相互接触和黏着,对耐磨性不利;而适当分布的硬质颗粒在磨损过程中逐渐凸出,若它们与基体之间结合较好而不会轻易脱落,则可明显减小摩擦副之间的真实接触面积而避免黏着。而从磨料磨损机理考虑,由于凸出的颗粒的硬度远高于基体材料硬度,而磨粒主要与凸出的颗粒之间发生相互作用,从而使磨损过程处于低磨损区而明显减轻磨损。显然,耐磨性提高越大。
 
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