碳钢韧脆转变温度与组织参量和解理断裂单元尺寸的关系
碳钢的热处理及组织性能分析实验
碳钢的热处理及组织性能分析实验一、实验目的1. 掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺。
2. 分析含碳量，加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响。
3.了解碳钢热处理后的基本组织。
二、实验原理1.热处理工艺通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。
退火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，如炉冷。
正火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后在空气中冷却。
淬火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后快速冷却，如淬入水或油里。
回火：将淬火后的钢再加热到A线以下某一温度后冷却。
12.热处理温度的选择亚共析钢：淬火、正火、退火的加热温度在Ac以上30~50℃。
3共析钢，过共析钢：淬火、退火的加热温度，在Ac1以上30~50℃；正火加热温度在Acm以上30~50℃。
亚共析钢和过共析钢的淬火，退火温度范围不同（见图1），这是由于如果亚共析钢的淬火温度过低，在Ac1以上30~50℃，这时钢的组织是铁素体和马氏体，使钢件上出现软点。
而过共析钢在两相区加热后淬火得到的组织是马氏体和渗碳体。
由于渗碳体本身硬度很高，不会影响钢的硬度；相反如果过共析钢加热到奥氏体单相区淬火，得到的组织是马氏体和大量的残余奥氏体，硬度反而要下降。
图1淬火加热温度范围过共析钢在退火时若加热到奥氏体单相区，冷却时将在晶介析出网状渗碳体，使钢的塑性，冲击韧性降低。
所以过共析钢退火加热温度不能过高。
过共析钢的正火主要是为了消除已经形成的网状渗碳体，只是加热到Acm 线以上才能使网状渗碳体全部溶入奥氏体，由于正火的冷却速度较快，网状渗碳体来不及析出而被消除。
回火温度是根据零件所要求的机械性能确定的，通常将回火分为低温、中温、高温回火：低温回火：（150~250℃）所得的组织为回火马氏体，硬度约为HRC60，目的是降低淬火后的应力，减少钢的脆性，但保持钢的高硬度，这种回火常用于切削刀具和量具。
中温回火；（350~500℃）所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40，目的是获得高的弹性极限，同时有较好的韧性，主要用于中高碳钢弹簧的热处理。
简要韧脆转化温度及其评价方法。
简要韧脆转化温度及其评价方法。
简要韧脆转化温度及其评价方法
韧脆转化温度（TCT）是材料力学性能评价的一个重要指标，用于衡量材料在加载前后的
热回稳性能。
它也可以用来衡量材料在加载前后的力学性能，比如弹性模量、断裂韧度、
疲劳强度等。
简要韧脆转化温度（TCT）是指材料在热载荷作用下的韧脆转换温度，它强
调材料在加载前后的热回稳性能，因此可以用来估计材料在加载前后的力学性能。
鉴于韧脆转化温度的重要性，现在的研究已经集中在评价和测定简要韧脆转化温度（TCT）的方法上。
主要有三种方法可以用来评价和测定简要韧脆转化温度，分别是拉伸-断裂、
拉伸-延伸和拉伸-不可逆变形法。
拉伸-断裂法是简单快速的方法，是指在一定温度范围内，逐渐增加拉伸应力并记录断裂
温度。
这种方法可以直接测定简要韧脆转化温度，但是受到材料的热稳定性影响，它的准
确度可能不太高。
拉伸-延伸法是用来测定韧脆转换温度的另一种方法，它是在一定温度范围内，逐渐增加
拉伸应力，记录拉伸应变，然后求出延伸温度的系数。
这个系数可以用来测定韧脆转换温度。
拉伸-不可逆变形法是另一种方法，它是将拉伸应力按一定的温度递减，记录拉伸应变，
然后求出不可逆变形温度的系数。
这个系数也可以用来测定韧脆转换温度。
综上所述，从测定简要韧脆转化温度的角度来看，目前可以用拉伸-断裂、拉伸-延伸和拉
伸-不可逆变形法来评价和测定简要韧脆转化温度。
这些方法都可以用来衡量材料在加载
前后的热回稳性能，从而估计材料在加载前后的力学性能。
材料力学性能课后习题答案
材料力学性能课后习题答案1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．xx效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。
等温球化退火温度对高碳钢组织的影响
等温球化退火温度对高碳钢组织的影响高碳钢是一种含有较高碳含量的钢材，其碳含量通常在0.6%到1.5%之间。
与低碳钢相比，高碳钢具有更高的硬度和强度，但也更脆。
为了提高高碳钢的可加工性和韧性，可以采用等温球化退火工艺。
等温球化退火是将材料加热到一个特定温度，然后在这个温度保持一段时间，并最终冷却。
在高碳钢中，等温球化退火温度对组织和性能有着重要的影响。
首先，等温退火温度决定了碳的析出形式。
在高温下，碳原子倾向于从晶格中溢出并形成球化的颗粒。
球化的颗粒会增加钢材的韧性和延展性，减少脆性。
因此，合适的等温球化退火温度可以促使碳原子球化并改善高碳钢的组织。
其次，等温球化退火温度对高碳钢的晶粒尺寸和形态也有影响。
晶粒尺寸通常与材料的机械性能和韧性密切相关。
较高的退火温度可以导致晶粒长大，而较低的退火温度则导致晶粒细化。
在高碳钢中，较大的晶粒会降低钢材的硬度，但也会降低其临界应变能。
因此，适当的等温退火温度可根据需要选择晶粒尺寸。
此外，等温球化退火温度可以改变高碳钢中的亚晶结构。
亚晶结构是介于晶体和非晶体之间的结构形态，对材料的韧性和抗应力腐蚀性能起着重要作用。
适当的退火温度可以促使高碳钢中的亚晶结构形成，并提高材料的塑性和韧性。
最后，等温球化退火温度还可以影响高碳钢中的残余应力和孪晶形成。
高温下的退火可以减小材料中的残余应力，从而降低材料在使用过程中的应力集中和变形。
此外，适当的退火温度还可以抑制高碳钢中的孪晶形成，从而提高材料的韧性和耐腐蚀性。
总之，等温球化退火温度对高碳钢的组织和性能有着显著的影响。
通过适当调节退火温度，可以改善高碳钢的可加工性和韧性，提高其抗脆性和强度。
然而，需要注意的是，过高的退火温度可能导致晶粒长大，从而降低硬度和强度。
因此，在等温球化退火过程中，需要综合考虑材料的成分、性能需求和退火温度的选择，以获得最佳的组织和性能。
材料力学性能知到章节答案智慧树2023年西安工业大学
参考答案:
越宽
35.典型疲劳断口具有3个特征区分别为（）。
参考答案:
疲劳裂纹扩展区
;疲劳源
;瞬断区
36.疲劳条带和贝纹线均属于疲劳断口的微观特征形貌。（）
参考答案:
错
37.同种材料不同应力状态下，表现出的应力～寿命曲线是不同的，相应的疲劳极限也不相同。一般而言，对称弯曲疲劳极限（）对称拉压疲劳极限。
参考答案:
错
26.线弹性断裂力学研究方法之一是应力应变分析方法，与之相对应的是（）判据。
参考答案:
K
27.要测量金属材料的断裂韧性（断裂韧度）KIC，中国国家标准中规定了四种试样，下列中不属于这四种试样的是（）。
参考答案:
标准四点弯曲试样
28.奥氏体钢的KIC比马氏体钢的高。）
参考答案:
对
29.对于过共析钢而言，如果沿晶界析出二次渗碳体的数量逐渐增多，则该材料的KIC（）。
参考答案:
晶粒大小
;金相组织
;加载速度
第四章测试
23.裂纹扩展的基本形式有（）。
参考答案:
滑开型
;张开型
;撕开型
24.某材料的KIC=50MPa·m^-1/2，承受1000MPa的拉应力，假设K=1.2σ(πa)^1/2，该试样的临界裂纹尺寸是（）。
参考答案:
1.1mm
25.应力场强度因子，综合反映了外加应力和裂纹长度、裂纹形状对裂纹尖端应力场强度影响，是材料本身固有的力学性能。（）
参考答案:
错
59.两表面完全分开，形成液体与液体之间的摩擦是流体摩擦。（）
参考答案:
脆性转变温度试验
脆性转变温度：ductile-brittle transition temperature
温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域，也称韧脆转变温度。
在脆性转变温度区域以上，金属材料处于韧性状态，断裂形式主要为韧性断裂；在脆性转变温度区域以下，材料处于脆性状态，断裂形式主要为脆性断裂(如解理)。
脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。
脆性转变温度要通过一系列不同温度的冲击试验来测定，根据测定方法的不同存在着不同的表示方法，主要有：
① 能量准则法：规定为冲击吸收功(Ak)降到某一特定数值时的温度，例如取Akma×0.4对应的温度，常以Tk表示。
② 断口形貌准则法：规定以断口上纤维区与结晶区相对面积达一定比例时所对应的温度，例如取结晶区面积占总面积50%所对应的温度，以FATT (fraeture appearance transition temperature)表示。
③ 落锤试验法：规定以落锤冲断长方形板状试样时断口100%为结晶断口时所对应的温度为无塑性转变温度， 以NDT(nil ductility temperature)表示。
脆性转变温度除与表示方法有关外。
还与试样尺寸、加载方式及加载速度有关，不同材料只能在相同条件下进行比较。
在工程应用中，为防止构件脆断，应选择脆性转变温度低于构件下限工作温度的材料。
对于那些含氮、磷、砷、锑和铋等杂质元素较多，在长期运行过程中有可能发生时效脆化、回火脆性等现象的材料，其脆性转变温度会随运行时间而升高。
因此，脆性转变温度以及脆性转变温度的增量已成为构件材料性能的考核指标之一。
脆性转变温度及回火脆性
脆性转变温度及回火脆性一般钢材随着温度的降低，冲击韧性（冲击功）降低，当降至某一温度时，冲击韧性（冲击功）急剧下降，钢材由韧性断裂变为脆性断裂，这种转变称为冷脆转变，转变的温度就称为冷脆温度，也即是脆性转变温度。
影响脆性转变温度的因素很多，有材料本身的因素，如晶体结构及强度等级、合金元素及夹杂物、晶粒大小等，有外部因素，如形变速度、应力状态、试样尺寸等。
(一)第一类回火脆性1.第一类回火脆性的主要特征及影响因素在200～350℃之间回火时出现的第一类回火脆性又称低温回火脆性。
如在出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火，可以将脆性消除，使冲击韧性重新升高。
此时若再在200～350℃温度范围内回火将不再会产生这种脆性。
由此可见，第一类回火脆性是不可逆的，故又可称之为不可逆回火脆性。
几乎所有的钢均存在第一类回火脆性。
如含碳不同的Cr-Mn钢回火后的冲击韧性均在350℃出现一低谷。
第一类回火脆性不仅降低室温冲击韧性，而且还使冷脆转变温度50％FATTe（钢料的冲击韧性）随测试温度的下降而出现显著下降时所对应的温度，即使钢料由韧性状态转变为脆性状态的温度称为冷脆转变温度，用50％FATT(℃）表示，详见金属力学性能]升高，断裂韧性Kle下降。
如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo钢经225℃回火后Kle为117.4MN／m，而经300℃回火后由于出现了第一类回火脆性，使KIe降至73.5MN／m。
出现第一类回火脆性时大多为沿晶断裂，但也有少数为穿晶解理断裂。
影响笫一类回火脆性的因素主要是化学成分。
可以将钢中元素按其作用分为三类。
1)有害杂质元素，其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O等。
钢中存在这些元素时均将导致出现第一类回火脆性。
不含这些杂质元素的高纯钢没有或能减轻第一类回火脆。
2)促进第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、V 等。
这一类合金元素的存在能促进第一类回火脆性的发展。
温度对材料韧脆性的影响
温度对材料韧脆性的影响
摘要
本文旨在探讨温度对材料韧脆性的影响。
在许多工程和科学应
用中，温度是一个重要的参数，它对材料的性能和行为产生显著影响。
通过实验和研究，我们发现温度的变化对材料的韧性和脆性具
有显著的影响。
本文将介绍温度对材料韧脆性的影响机制以及实际
应用。
影响机制
温度对材料韧脆性的影响是通过改变材料内部微观结构和原子
排列引起的。
一般来说，随着温度的升高，材料的韧性通常会下降，而脆性会增加。
这是由于高温下原子和分子的热运动增强，导致材
料内部应力集中和结构变化。
这种结构变化会导致材料的断裂韧性
下降，从而使材料更容易发生断裂。
实际应用
温度对材料韧脆性的影响在许多领域都有重要应用。
例如，在
航空航天工程中，材料的韧性和脆性是设计安全和可靠性的关键参数。
通过研究材料在不同温度下的韧脆性变化，可以为航空航天器
的设计和材料选择提供重要参考。
此外，在金属加工和焊接中，温度的控制也是关键的，以确保材料在加工过程中具有适当的韧性，以防止断裂和损坏。
结论
温度对材料的韧脆性具有显著影响。
通过控制温度，可以改变材料的韧性和脆性，从而影响材料的性能和行为。
在工程和科学领域，了解温度对材料韧脆性的影响机制和实际应用是至关重要的，为材料设计和工程实践提供基础。
此外，应进一步研究温度与材料韧脆性之间的关系，以利用这一关联以改进材料的性能和应用。