材料在剪切力作用下，原子间位错移动，类似毛毛虫的爬行，形成滑移，造成塑性变形。钢的强化就是减少位错的移动。
位错在晶体内运动，到达晶界时，需要改变方向，晶界是一种杂乱的无序分布，可以阻止位错滑移面，从而阻碍位错运动。于是细化晶粒，增加单位体积内的晶界长度能够强化钢。除极大和极小晶粒，屈服强度跟晶粒直径的平方根成反比。
沉淀硬化需要溶质原子在高温下能溶到基体里，随温度降低溶解度快速下降，析出无数细小颗粒造成周边晶格应变，增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而增加钢的的强度。
应变强化是材料屈服后，位错密度增大，位错间相互影响阻碍滑移，从而提高屈服强度。应变后表层一般会残余压应力，抵抗疲劳。
对有些钢种和应用，通过晶粒细化，沉淀硬化和应变强化即满足强度需求，不需要额外投资热处理工序，可以节省成本。一个例子是微合金钢。
微合金钢于上世纪60年代开发出来，80年代才规模化。通过添加少量的特殊元素，比如V， Nb, 或Ti， 通过沉淀硬化可得到较好的强度和韧性。其显微组织还是铁素体-珠光体，或含少量贝氏体。
V很容易溶解在在奥氏体中，锻后经过控制冷却，钒和碳氮结合形成V(CN)，析出纳米级的细微颗粒，增加强度。另外V(CN)在MnS夹杂表面析出并附着，作为铁素体成核的核心，形成晶内铁素体，可以增加钢的韧性。
Nb的溶解度对温度比较敏感，在低锻造温度下不会完全溶解，像图钉一样固定奥氏体晶界，阻碍其长大，冷却后转变的铁素体/珠光体/贝氏体组织晶粒细小，可同时提高钢的强度和韧性。Nb微粒不像V微粒一样弥散均匀，而是重点分布在原奥氏体晶界上，通过观察Nb颗粒，可以推算奥氏体晶粒的尺寸。由于Nb对温度特别敏感，锻后冷却速率难以控制，在应用上没有V广泛。
Ti在奥氏体中溶解度极低，很容易与N结合形成TiN微粒，在轧制凝固阶段即析出，如果分布均匀，在锻造过程中阻碍奥氏体长大，类似上面提到的Nb微粒，细化晶粒。
微合金钢的沉淀硬化工艺重点是终锻之后到727摄氏度之间的温度控制，冷却速率太缓，微粒过大，冷速过快，微粒不会析出。这对工件转运，风扇布置及传热计算有很高要求。
微合金钢另外一个显著特点是抗拉强度远高于屈服强度，塑性极好，可对局部高应力区域进行应变强化而不至于开裂。 另外高塑性降低了疲劳的缺口敏感性，有利于疲劳寿命。
比如某应用场合，零件其它位置受力很低，唯独内部一孔道需要走脉冲式高压流体。对零件选材和孔道的处理就需要特别注意。常规选择是合金钢淬火，还有一种选择是用微合金钢，局部应变强化这个孔道。
预先选择一个牌号的微合金钢，根据孔道形状和脉冲压力计算实际工况应力的均值和幅值，带入到‘摩滴发-古德曼’曲线图看疲劳寿命，假如超差了，再特别处理这个孔道。通一个极高的静水压，孔道会膨胀，压力足够高，内壁发生塑性变形，外圈还是弹性变形，撤掉压力后，外圈材料回弹挤压内壁，形成压应力。这个压应力能平衡掉一部分孔道锐边处的应力，降低实际受力的均值，把疲劳曲线拉回到安全边际内。这个"应变强化"的"静水压"需要一个复杂的计算，保证残余压应力。
只要孔道所受的压力脉冲应力低于材料疲劳强度，理论上可以经受无限应力循环，这里不像轴承的接触疲劳有固定循环次数。那零件疲劳的风险点在哪呢，硫化锰夹杂。
硫化锰硬度低，可以提高材料切削性，添加碲或者硒能改变其形态呈球状，但颗粒尺寸不规则，尤其是接触流体面的大颗粒不利于高压疲劳。所以要硫化锰是‘自然状态’，细丝状。这种细丝状会导致局部位置各向异性，沿着细丝方向强度明显大于垂直方向，而且这种丝状硫化锰容易成簇夹在铁素体带里面，如果集中在高应力区域，容易疲劳失效。
只能侃到这了。
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发表于 2021-9-29 17:46:28
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