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合金结构钢(GB3077-88):合金结构钢简称合结钢,它是在优质碳素结构钢的基础上,适当地加人一种或数种合金示素(总含量不超过5%)而制成的钢种。合金元素主要用来提高钢的淬透性,通过适当的热处理可以使钢获得较高的强度和韧性,合金结构钢在一定程度上能使零件在整个截面上.获得比较均匀的较高的综合性能,这对钢材使用是极有现实意义的。因此合金结构钢常用于制造尺寸较大,形状较复杂、用碳结钢难于满足性能要求的各种零件。
合金结构钢根据其化学成分(主要是含碳量)、使用时的热处理工艺和用途的不同,大致可以分为为渗碳钢、调质钢和氮化钢三类。渗碳钢也称表硬化钢,主要是低碳合结钢(含碳量≤0.25%),用这类钢制成的零配件,大都经过表面热处理(渗碳或氰化),淬火并低温回火,可以获得很硬的表面层(HRV60以上),而心部仍具有良好的韧性,使零部件既耐磨,又能承受较高交变载荷或冲击载荷,常用来制造齿轮、轴等。
调质钢含碳量一般在0.25%以上,属于中碳台结钢。所制成的零部件经淬火及高温回火的调质处理后,可以获得配合很好的高强度和良好的韧性,即且有良好的综合力学性能,常用于制造承受较大载荷的轴、连杆、紧固件等。
氮化钢是含铝的中碳合结钢,所制成的零部件需先经过调质或表面火焰淬火,高频淬火处理、获得所需要的力学性能,再经过终切削精加工,然后进行氮化处理、以进一步增加其表面硬度和耐磨性。常用的氮化钢是38CrMoA1钢。可制造高耐磨性、高疲劳强度、高尺寸精密度的氮化零件,如高压阀门、撑床撑杆、磨床主轴等。
脆性断裂特点:(1)高强度和低强度钢都有可能会出现脆性断裂,发生脆性断裂时材料的工作应力一般低于其屈服点或者设计时的许用应力时,通常认为材料处于该条件下工作是的,但却出现脆性断裂的现象,因此脆性断裂也被称作“低应力脆性断裂”;(2)中强度和低强度钢在较低温度下也可能会出现脆断,因此有时也将脆性断裂称作“低温脆断”,随着温度的降低,面心立方金属较体心立方金属塑性下降的更快些;(3)金属构件发生脆性断裂的裂纹源是由金属内部存在裂纹所引起的,内部裂纹是导致构件失效的重要因素,脆性断裂通常无明显预兆、难查觉、宏观变形量小发生突然;(4)金属材料的脆性断裂事故往往发生在体心立方及密排立方中,而面心立方金属一般很少会出现脆断(5)解理是一种低能断裂,在正应力的作用下通常会破坏原子间的键合,脆性断裂一般会沿着较低指数的晶面穿晶解理,由于密排面之间有很大的间隙,并且其键合力结合弱,因此解理面一般会出现在原子密排面。
Stroh认为:位错沿着滑移面移动当遇到晶界或第二相颗粒这样的阻碍物时发生塞积便会引起应力集中,裂纹的出现符合 Cottrell认为微裂纹往往出现在位错易聚集的滑移面交汇处[27]。
脆性断裂必定存在微裂纹核,但其决定性因素是裂纹的扩展速度,当成核后的裂纹以高速扩展时才会出现脆断,因此脆性断裂的发生除了要满足 Griffith一Qrowan能量方程外,还需要使裂纹具有一定的速度扩展。
在断裂前有显著的塑性变形产生时被称作韧性断裂,韧性断裂金属材料的几何尺寸也会出现明显的变化。将同一材料断裂后的两部分金属断面进行对接时,断口因几何尺寸有所变化而不能很紧密地相吻合,断面通常为纤维状分布且呈暗灰色。对断口进行微观上观察,会发现断口存在明显的范性流变特征。
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