钢在高温下的脆化理论
热脆现象名词解释
热脆现象名词解释
热脆现象是指某些钢材在400～500℃温度区间长期停留后，室温下的冲击值会明显下降。
这种现象的出现是因为合金在远未达到其理论熔点的情况下受到加热，导致晶介破裂，从而呈现出一种非常脆和酥的状态。
热脆的具体表现如下：
合金在加热到远未达到其理论熔点的情况下，会出现一敲就散架的现象，看起来好像是太脆、太酥了，所以被称为热脆。
当钢材在1000℃~1200℃的压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种现象称为热脆。
综上所述，热脆现象是由于合金在特定的温度区间长期停留和加工导致的，它使得钢材变得非常脆弱，容易断裂。
【】金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面：1.使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等），化学性能（耐蚀性、热稳定性等）。
使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。
2工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1.1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1.1. 1强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出。
把一定尺寸和形状的金属试样（图1〜2）装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线（图1—3）。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—3 所示的曲线，其纵坐标是载荷P（也可换算为应力d）,横坐标是伸长量AL（也可换算为应变e）。
所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。
图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段：1.弹性阶段即曲线的o-e段，在此段若加载不超过e点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，曲线的。
第一类,二类回火脆性
第一类回火脆性合金钢淬火后于250℃～400℃范围回火后产生的回火脆性，呈晶间型断裂特征，且不能用重新加热的方法消除，故又称为不可逆回火脆性。
主要产生在合金结构钢中。
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KIe下降。
如Fe-0.28 C-0.6 4Mn-4.82Mo钢经225℃回火后KIe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M n、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。
有的元素单独存在时影响不大，如Ni。
但当Ni与Si同时存在时则也能促进第一类回火脆性的发展。
部分合金元素还能将笫一类回火脆性推向较高的温度，如Cr与Si。
3)减弱第一类回火脆性的元素。
属于这一类的合金元素有Mo、W、Ti、A l等。
关于35CrMo钢的回火脆性的讨论
※理论上，35CrMo 钢究竟有没有第二类回火脆性呢?我认为应该没有。 因为正常的 35CrMo 钢所加入的 Mo 其中有个作用就是为了达到"没有回火脆 性倾向"的，但具体到"man"，"shaod"所述的 35CrMo 钢，我认为不能排除有回火 脆性的问题。因为回火脆性不但与冷却速度有关而且还与钢的化学成分(主要合 金元素，特别是杂质元素的含量)，组织状态，原始 A 晶粒度，强度等因素有关 系。 例 1，35CrMo 钢若经高温锻造后出现严重的 W 组织，接着对该钢进行调质 处理时，该钢就很可能出现第二类回火脆性。 例 2，35CrMo 钢的主要合金元素达标，而其杂质含量若严重超标的话(特别是 P，As，S，Sn 等)，这样尽管我们认真对该钢进行了调质处理，但也不能排除出
由此在结合我们加工中回火后缓冷零件加工容易，而快冷零件加工中有粘刀。 不断屑等现象存在，看来的确有回火脆性现象，我们也调整了热处理工艺，在此 我要谢谢大家的帮助。但让我现在也闹不明白的是：为什么两种工艺下的冲击韧 性会相差无几？
连铸坯质量
侧固液相界面捕捉，在内弧侧距表
面约10mm处，有一夹杂物集聚带。 大型夹杂物多集中于内弧侧
1/5~1/4厚度处。
直结晶器+2~3m垂直段：注流冲击 是对称的，液相内夹杂物得到上浮， 同时夹杂物分布也比较均匀。见右 图和下页图
1 弧形连铸机 2 直结晶器的弧形连铸机 3 立式连铸机
连铸机机型对大型夹杂物的影响
30 30
CaO- SiO2-Al2O3
Al2O3 ，Al2O3〃SiO2 Al2O3-MnO-CaO，Al2O3
⑵ 如何分析夹杂物对产品质量的影响
应从以下几个方面着手分析： ①夹杂物的形态和组成。塑性夹杂和球形不变形夹杂对钢性能的影响 不同，沿轧制方向伸长的塑性夹杂使钢横向力学性能恶化。MnS夹杂 能变形,FeO和MnO夹杂能稍变形,SiO2 和Al2O3 夹杂不变形。FeS、 FeO熔点低使钢产生热脆，MnS熔点高改善钢的热脆。 ②夹杂物的大小和聚集状态。夹杂物会使钢材产生分层，夹杂物越大， 影响越大。但即使存在着小的夹杂物聚集，也可能使钢材分层。
③ 预防及消除方法： — 结晶器铜板表面最好镀铬或 镀镍，减少铜的渗透； — 适当控制钢中残余元素，如 ω[Cu] ＜0.20%； — 降低钢中硫含量，并控制合 适的[Mn]/[S]比大于40； — 控制钢中Al、N含量，选择合 适的二冷制度。
⑸ 皮下气泡与气孔
① 缺陷特征：在铸坯皮下存在的直径约1mm,长约10mm,沿柱状晶生 长方向分布的气泡称为皮下气泡。若裸露于铸坯表面的气泡称为表面气 泡；小而密集的小孔叫皮下针孔。
①连铸时钢液凝固速度快，夹杂物集聚长大机会少→尺寸较小，不易从 钢液中上浮。
②连铸过程中多了中间包装臵，钢液与大气、熔渣、耐材接触时间长易
钢结构名词解释
塑形破坏：破坏前延续时间长，变形大，破坏前有先兆，有明显缩颈现象，断口与作用力呈45度角，断口呈纤维状。
热脆：高温时，硫化铁融化使钢材变脆，因而在焊接或热加工时，会出现热裂纹。
蓝脆：温度达到250度时，抗拉强度局部提高，而塑形降低，钢材呈现脆性，表面发蓝。
应力集中：构件形状突然改变或或材料不连续的地方，应力分布不均匀而出现局部应力增大。
时效硬化：冶铁时留在纯铁体中的碳和氮的固溶体，不稳定，随时间增加逐渐从纯铁体中析出，阻碍纯铁体塑性变形，使得纯铁体强度增大塑性和韧性降低。
可靠性：结构或构件在规定时间内，规定条件下完成预定功能的概率，是结构安全性和耐久性的总称。
脆性破坏：无任何迹象的从应力集中处断裂，断口齐平，呈有光泽晶粒状冷脆:在低温下P以及P和纯铁体形成的不稳定固溶体会使钢材变脆，提高钢材强度和抗锈蚀性但会使塑性和韧性严重降低，不利于钢材冷加工疲劳破坏：钢材在反复荷载作用下，虽然应力低于抗拉强度甚至屈服点，也会发生破坏柱子曲线：压杆失稳时，临界应力与长细比λ之间的关系曲线高强钢材：通过各种可能的技术措施提高钢材的强度，但对其他性能削弱并不大的钢材冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力，是反映强度和塑性的综合指标。
冷弯性能：表示钢材塑性变形能力的综合指标，直接反映材质优劣及内部有无缺陷。
屈强比：钢材屈服强度与抗拉强度之比。
屈强比表明设计强度的一种储备，屈强比愈大，强度储备愈小，不够安全；屈强比愈小，强度储备愈大，结构愈安全，但当钢材屈强比过小时，其强度利用率低，、不经济。
换算细长比：钢材具有较好的塑性和韧性为啥还会发生脆性破坏？答：化学成分，冶金缺陷，钢材硬化，温度影响，应力集中，反复荷载选用钢材考虑哪些因素？答：要使结构安全可靠，要最大可能节约钢材和降低造价。
1结构类型和重要性2荷载性质3连接方法4工作条件焊接残余应力对结构性能有哪些影响？答：1对结构静力2对结构刚度3对压杆稳定系数4对疲劳强度5对低温冷脆钢材中残余应力形成原因？答：1焊接时不均匀升温冷却2钢材轧制3钢材冷加工影响受弯构件整体稳定承载力的因素答：1荷载作用种类，位置及梁端支撑情况2截面抗弯刚度3截面抗扭刚度4侧向支撑点的间距5梁高为啥钢结构设计采用理想弹塑性模型？答：钢材拉压等强，各向同性，采用弹塑性材料理论性分析结果与试验结果较吻合。
第六章_连铸坯质量及控制解读
基本分布在方坯厚度的1/4处并垂直于铸坯表面，可能延伸到断 面中央附近，产生的主要原因：由于坯壳再二冷下段，铸坯表面 温度回升引起。
带液相弯曲的弧形/立弯连铸机矫直时仅在铸坯内部受张应力作 用一侧发生的裂纹。 拉辊压力过大造成的与拉辊压下方向平行的一种中心裂纹。
内 部 缺 陷
断面 中心 星状
断面裂纹 中心星 状裂纹
B类：氧化铝类
夹杂物分类
C类：硅酸盐类 D类：钙铝酸盐类 DS（E）类：氮化物类
形 状 缺 陷
菱形 变形 鼓肚 变形
结晶器锥度不当、坯壳冷却不均匀、厚度差别大，使坯壳在结晶器和二冷区布均匀收缩 造成。 坯壳受钢水静压力的作用而鼓胀成为凸面的现象。
6.4.3表面缺陷
连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加 工前是否需要精整，影响金属收得率和成 本，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。 连铸坯表面质量和钢液在结晶器中的凝固 密切相关，从根本上说，控制铸坯表面质 量就是控制结晶器中的坯壳的形成问题。
表 表面夹渣 面 皮下夹杂 钢水纯净度、保护渣的化学组成、物理性能、液面的波动情况。 缺 气孔 在钢水的凝固过程中，钢中存在C、H、O等元素在凝固界面富集， 陷 气泡 CO、H2分压大于钢水静压和大气压力之和而产生气泡。 表面增 其也是一种偏析。在最终凝固结构中溶质浓度分布不均匀，最先凝固部分溶质 碳偏析 含量较低，而后凝固部分溶质含量较高，这种成分不均匀的现象称偏析。 凹坑 重皮 由于坯壳和结晶器壁间周期性接触和收缩而产生的皱纹，严重的如山谷状的凹 陷，称为凹坑。钢水在凹陷部位渗漏出来，再在结晶器壁重新凝固，称重皮。
2．钢含碳量：低碳钢和高碳钢有较大的柱 状晶区；含碳量为0.18~0.45%的钢种有较 大的等轴晶区。 3．铸机机型（弧形）：内弧侧柱状晶长度 大于外弧侧柱状晶的长度。 4．铸坯断面：铸坯断面增大到一定程度后， 等轴晶率显著提高。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
预热和后热处理
对焊接材料进行预热和后热处理，降低材料在焊接过程中的温度变 化，减少脆化倾向。
焊接材料选择与控制
选择合适的材料
根据焊接工艺和材料性能要求，选择具有良好韧 性和抗脆化性能的焊接材料。
控制材料成分
严格控制焊接材料的化学成分，避免有害杂质和 气体含量过高，提高材料的纯净度和质量。
效果评估
经过防治措施的实施，该大型钢结构的焊接热影响区脆化问题得到了 有效解决，结构的安全性和稳定性得到了显著提高。
案例二：某汽车零部件焊接热影响区脆化防治
背景介绍
某汽车零部件在焊接过程中，由于热影响区的温度变化导 致材料脆化，影响了产品的质量和性能。
防治措施
采用特殊的焊接工艺和材料，如激光焊接、铝合金材料等 ，以降低热影响区的温度梯度。同时，对焊接后的零部件 进行热处理和应力消除，以减少脆化倾向。
焊后处理
焊后采取适当的热处理、冷却方式、消除应力等措施，改善材料的微观组织和力学性能， 提高抗脆化能力。例如，采用焊后回火处理、快速冷却、振动消除应力等方式，改善材料 的韧性和抗脆性。
THANKS
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效果评估
经过防治措施的实施，该航空航天材料的焊接热影响区脆化问题得到了 有效解决，飞行器的安全性和稳定性得到了显著提高。
05
未来研究方向展望
新型焊接技术应用研究
激光焊接技术
激光功率密度高，加热速度快，热影响区小，可有效减少脆化现 象。
电子束焊接技术
电子束焊接能量密度高，焊接速度快，对热影响区的加热时间短 ，有助于降低脆化风险。
根据测试结果评估脆化程度。
裂纹检测
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钢在高温下的脆化理论
钢在高温下的脆化理论：
钢为现代工业基本材料，占有着重要的地位，因此研究和研究钢在高温下的行
为也成为热点的研究课题。
在高温作用下，钢的力学性能出现了变化，其中最常见的表现形式是脆化，即塑性应变减少，容易发生断裂破坏。
脆化的本质是由于钢的成分、晶粒结构及加工或热处理过程中形成的缩短、长
度和曲折的内部缺陷构成的力学性能恶化使钢在高温条件下变脆。
金属在高温下脆化发生的原因，可以归结为代表共轭界面脆性本质的重叠缺陷、毛细管界面脆性本质的晶界剪切条件、空鼓缺陷的塑性传播，也可以归结为体积界面脆性本质的体积脆性特征。
目前，已经为脆化本质建立了一系列有效的理论模型，并且得到广泛应用。
该
模型分为热力学和显微力学两大支柱，以认识钢在高温作用下脆化的本质，并预测其受温度影响的特性和失效方式。
为了模拟真实环境中压力应力的影响，钢在高温下的脆化特性也需要进行实验
研究。
首先，确定温度坐标轴和应力坐标轴的最大范围，评估晶界对载荷的响应变化；其次，通过拉拔装置进行高温应力测试，并结合钢的缺陷、晶界结构和温度条件，分析受试材料的力学和脆化性能；最后，比较实验数据与理论模型的相似性，以完善和修正模型。
从研究到应用，发展钢在高温作用下的脆化理论非常重要，一方面，它可以提
供基础材料数据，协助设计和优化钢结构；另一方面，它还可以有效地确保结构安全性和可靠性，扩大钢结构的应用范围。