为什么低温钢材强度会提高(低温时钢材有什么特殊问题)
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1、金属淬火后为什么变硬?
淬火实际上是一个快速冷却的过程,在淬火的过程中,合金的高温相来不及转变成低温相,而被冻结在一个热力学上的亚稳态。
以钢(主要成分为Fe和C)为例,高温下Fe的稳定相是γ-Fe(面心立方),低温下则是α-Fe(体心立方)。碳在后者中的溶解度低,因此缓慢降温时均相(奥氏体)的高碳钢会析出Fe3C(渗碳体)和α-Fe(铁素体)两相。而快速冷却时,奥氏体会直接转变成亚稳态的马氏体(体心立方),从而避免了相分离。马氏体中填隙的碳原子起到了很好的固溶强化作用;马氏体在快速冷却过程中产生大量缺陷,起到了钉扎位错的作用,因此淬火后钢材的硬度和强度都会提高。
其它合金的淬火过程,基本也是为避免低温下的相分离以充分利用固溶强化效应,同时在快速冷却过程中产生大量缺陷,从而提高材料的硬度和强度。
不是所有金属都能淬火,必须根据金属和碳或其他元素能否发生淬火反应。
举Fe为例子:加热到一定温度,Fe的晶格类型发生变化,晶格间隙变大,部分C原子析出,但没有析出的C原子晶格中造成晶格的正方畸变,形成一个强烈的应力场。
该应力场与位错发生强烈的交换作用,阻碍位错的运动从而提高Fe的硬度和强度。
淬火后使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或贝氏体组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等。
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