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合金元素对钢管机械性能的影响

合金元素对钢管机械性能的影响
金属材料的强化途径,主要有以下几个方面;

  (1)结晶强化。结晶强化就是通过控制结晶条件,在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织,从而提高金属材料的性能。它包括:

  1) 细化晶粒。细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界,由于晶界具有阻碍滑移变形作用,因而可使金属材料得到强化。同时也改善了韧性,这是其它强化机制不可能做到的。

  2) 提纯强化。在浇注过程中,把液态金属充分地提纯,尽量减少夹杂物,能显著提高固态 金属的性能。夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。在损坏的构件中,常可发现有大量的夹杂物。采用真空冶炼等方法,可以获得高纯度的金属材料。

  (2)形变强化。金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后

  位错运动的阻力增加所致。

  (3)固溶强化.通过合金化(加入合金元素)组成固溶体,使金属材料得到强化称为固溶强化。

  (4)相变强化。合金化的金属材料,通过热处理等手段发生固态相变,获得需要的组织结构,使金属材料得到强化,称为相变强化。

  相变强化可以分为两类:

  1) 沉淀强化(或称弥散强化)。在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素,在一定条件下,使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出,弥散地分布在组织中,从而有效地提高材料的强度,通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金钢(低合金结构钢和低合金热强钢)中,沉淀相主要是各种碳化物,大致可分为三类。一是立方晶系,如TiC、V4C3,NbC等,二是六方晶系,如M02、W2C、WC等,三是正菱形,如Fe3C。对低合金热强钢高温强化最有效的是体心立方晶系的碳化物。

  2) 马氏体强化。金属材料经过淬火和随后回火的热处理工艺后,可获得马氏体组织,使材料强化。但是,马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件,工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。

  (5)晶界强化。晶界部位的自由能较高,而且存在着大量的缺陷和空穴,在低温时,晶界阻

  碍了位错的运动,因而晶界强度高于晶粒本身;但在高温时,沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得多,晶界强度显著降低。因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。

  硼对晶界的强化作用,是由于硼偏集于晶界上,使晶界区域的晶格缺位和空穴减少,晶界自由能降低;硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程;硼能使沿晶界的析出物降低,改善了晶界状态,加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程;此外,它们还有利于碳化物相的稳定。

  (6)综合强化。在实际生产上,强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化,

  以充分发挥强化能力。例如:

  1)固溶强化十形变强化,常用于固溶体系合金的强化。

  2)结晶强化+沉淀强化,用于铸件强化。

  3)马氏体强化+表面形变强化。对一些承受疲劳载荷的构件,常在调质处理后再进行喷

  丸或滚压处理。

  4)固溶强化+沉淀强化。对于高温承压元件常采用这种方法,以提高材料的高温性能。

  有时还采用硼的强化晶界作用,进一步提高材料的高温强度。

  2、合金元素对正火(或退火)状态钢机械性能的影响

  正火状态下钢有铁素体和珠光体组织。合金元素不仅影响钢材的强度,同时也影响其韧性。

  3、合金元素对调质钢机械性能的影响

  合金元素对调质钢机械性能的影响,主要是通过它们对淬透性和回火性的影响而起作用的。主要表现于下列几方面。

  (1) 由于合金元素增加了钢的淬透性,使截面较大的零件也可淬透,在调质状态下可获得综合机械性能优良的回火索氏体。

  (2) 许多合金元素可使回火转变过程缓慢,因而在高温回火后,碳化物保持较细小的幂颗粒,使调质处理的合金钢能够得到较好的强度与韧性的配合。

  (3)高温回火后,钢的组织是由铁素体和碳化物组成,合金元素对铁素体的固溶强化作用可提高调质钢的强度。
 
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