上海交通大学：《金属材料强韧化与组织调控》课程教学资源（课件讲稿）珠光体组织与材料强韧化（1/2）

上谱充是大￥ 1896 1920 1987 2006 材料的强韧化与组织调控 材料研发 序言 性能设计： 基本概念 性价比 综合性能 强韧性 强度：材料在外应力作用 下抵抗永久形变和断裂的 成分设计： 能力。 环境 可持块 制备唯易 塑性：材料在外应力作用 艺 下承曼变形的能力。 工艺设计： 制备 物性：[]阻碍裂纹形成及 热处理 扩展的能力。[2]材料在 热加工 成分 组织结构 塑性支形和断裂的过程中 组织结构设计： 吸收能量的能力。 晶体结构 缺陷组织 国家战略合金元素：Cr、Ni、Mo、V、W、Co、Nb、Ti等 相组织

1896 1920 1987 2006 材料的强韧化与组织调控 材料研发 基本概念 序言 性能设计： 成分设计： 强度：材料在外应力作用 下抵抗永久形变和断裂的 能力 性价比 综合性能 成分设计： 环境 可持续 制备难易 能力。 塑性：材料在外应力作用 下承受变形的能力 工艺设计： 制备 热处理 。 韧性：[1]阻碍裂纹形成及 扩展的能力。 [2]材料在 下承受变形的能力。 韧性：[1]阻碍裂纹形成及 扩展的能力。 [2]材料在 热加工 组织结构设计： 晶体结构 扩展的能力。 [2]材料在 塑性变形和断裂的过程中 吸收能量的能力。 扩展的能力。 [2]材料在 塑性变形和断裂的过程中 吸收能量的能力。 晶体结构 缺陷组织 相组织 国家战略合金元素：Cr、Ni、Mo、V、W、Co、Nb、Ti等

上谱京足大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 材料开发的传统研究方法：“炒菜法 成分正交设计 工艺正交设计 性能试脸 找出最佳的成分工艺路线。 材料开发的现代研究方法：“组织控制法” 根据性能要求，设计组织；根据组织，设计成 分和工艺。（原理：性能由组织控制的。）

1896 1920 1987 2006 材料开发的传统研究方法：“炒菜法” 成分正交设计 工艺正交设计 性能试验 找出最佳的成分-工艺路线。 材料开发的现代研究方法：“组织控制法” 根据性能要求，设计组织；根据组织，设计成 分和工艺。（原理:性能由组织控制的。）

上谱充通大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 “相”与“微观组织”的异同性 |相(Phase):组分+点阵结构 组分和点阵结构均相同才能称为相。 例如：铁素体、无碳化贝氏体、马氏体都是由铁和碳组 |成的bcC结构，统称为o相。 I微现组织(Microstructure:组分+点阵结构+形貌 例如：根据相的不同形貌给予不同的组织命名， 铁素体是等粕的、低位错密度； 无碳化贝氏体是针状或条状的、中等位错密度； 马氏体是片状的、高位错密度； 上述均为单相组织。 ⅰ微观组织也可以是多相组织，例如珠光体（铁素体十遂碳体）， 贝氏体（铁素体十碳化物），回火马氏体（马氏体+碳化物）

1896 1920 1987 2006 “相”与“微观组织”的异同性 相(Phase)：组分+点阵结构 组分和点阵结构均相同才能称为相。 例如：铁素体、无碳化贝氏体、马氏体都是由铁和碳组 马氏体都是由铁和碳组 成的bcc结构，统称为相。 微观组织(Microstructure): 组分+点阵结构+形貌 例如：根据相的不同形貌给予不同的组织命名， 铁素体是等轴的、低位错密度； 无碳化贝氏体是针状或条状的、中等位错密度； 马氏体是片状的、高位错密度； 上述均为单相组织。 微观组织也可以是多相组织，例如珠光体(铁素体+渗碳体)， 贝氏体(铁素体+碳化物)，回火马氏体(马氏体+碳化物)

上谱京足大淫 SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 A：高强度、低塑性、低韧性材料 B:中等强度、中等塑性、中等韧性材料 C:高塑性、低强度、低韧性材料 B C VERSITY AO TONG

1896 1920 1987 2006 A: 高强度、低塑性、低韧性材料 B: 中等强度、中等塑性、中等韧性材料 C: 高塑性、低强度、低韧性材料

上谱充通大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 40 Note A:80 mm gauge length 0 TRIP(ULSABY Note B:25.4 mm gauge length TRIP(GMY Note C:Gauge length unspecified 0 Note D:50 mm gauge length Conventional TRIPB 1-step Q&PB e 2-step Q&PB 相变与组织 M(ULSABY 30 M(GM) 调控是目前 'uonebuole lejoL M(Ispat-inland) 0 DP(ULSABY ◆ DP(GMY 同时改善材 ◇DP(Ispat-inland)c 20 TRIP 1-step Q-P-TD 料强度和韧 ★ 2-step Q-P-TD DP 性的最有希 10 Q&P ★ 望、也最有 ★ M △△ ★ Q-P-T 效的途径之 ☆ 0 400 800 1200 1600 2400 Ultimate tensile strength,MPa 图 DP钢、TRIP钢、马氏体钢、Q&P钢和 Q-P-T钢的延伸率和抗拉强度 戎咏华ACTA METALLURGICA SINICA Vol..472011 pp.1483-1489

1896 1920 1987 2006 相变与组织 调控是目前 同时改善材 料强度和韧 性的最有希 望、也最有 效的途径之 一

上谱充通大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 材料的相变、微观组织与强韧化 组织调按的基本原理之一： 钢铁材料仍然是我国金属材料的主体。 相变 珠光体相变 贝氏体相变 材料强韧性： 马氏体相变 因素 奥氏体转变 机制 应用 基于相变的组织类型： /奥氏体组织 赤光体组织 平衡组织 贝氏体组织 非平衡组织 马氏体组织 复相组织 马氏体十铁素体 马氏体十贝氏体 珠光体十铁素体

1896 1920 1987 2006 材料的相变、微观组织与强韧化 组织调控的基本原理之一： 相变 珠光体相变 材料 韧性 钢铁材料仍然是我国金属材料的主体。 贝氏体相变 马氏体相变 奥氏体转变 材料强韧性： 因素 奥氏体转变 机制 基于相变的组织类型： 奥氏体组织 应用 珠光体组织 贝氏体组织 马体织 平衡组织 非平衡组织 马氏体组织 复相组织 马氏体+铁素体 马氏体+贝氏体 珠光体+铁素体

上腾久通大睾 SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 Og/GPa -0307 铁素体组织！ -08-12 -57 渗破体： 珠光休组织： 直变形细线 强度高，型性差 -05 -16 臭氏体： 贝氏体组织！ 型性好，硬度和屈服 强度低 06 44 铁素体： 马氏体组织 型性好(40-50%)、物 碳钢 低合金钢一次硬化钢 马氏体时效钢 性好，强度低 TRP钥 形变热处理钥 图1实验室获得的各种组织的强度 铁素体一奥氏体结构差异？ Fig.I The strength of different structures of steels obtained in laboratory Guo ZH.钢中珠光体相变机制的研究进展.材料热处理学报.2003,24(3)：1

1896 1920 1987 2006 渗碳体： 强度高，塑性差 奥氏体： 塑性好，硬度和屈服 强度低 铁素体： 塑性好(40-50%)、韧 性好，强度低 铁素体—奥氏体结构差异？ Guo ZH.钢中珠光体相变机制的研究进展. 材料热处理学报. 2003,24(3):1

CCT diagram of the steel with 0.256C,1.2Si,1.48Mn,1.51Ni and 0.053Nb (wt%) 上浒究通大淫 SHANGHAI JO TONG UNIV 920 1987 2006 组织调控与强韧化 1000 Austenitizing:930C,10min 900 Ac3=880C 800 700 Ac,=700℃ Ferrite 9 600 Measured CCT Pearlite 500 diagram of the Bainite steel with 0.256C, 400 M.=405°C 1.2Si,1.48Mn, 300 Martensite 1.51Ni and 200 0.053Nb (wt%) M=210℃ 100 5030 1053 10.50.3 0.1 (critical) (C/s) 0 10° 10 102 103 10 Time,s 戎咏华，内部资料

1896 1920 1987 2006 组织调控与强韧化 CCT diagram diagram diagram of the steel with 0.256C, 0.256C, 0.256C, 1.2Si, 1.48Mn, 1.48Mn, 1.48Mn, 1.51Ni and 0.053Nb 0.053Nb 0.053Nb (wt%) 组织调控与强韧化 Measured CCT diagram of the steel with 0.256C, 1.2Si, 1.48Mn, 1.51Ni and 0 053Nb ( t%) 0.053Nb (wt%) 戎咏华，内部资料

上浒气通大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 国际材料重大研究计划 1.超级钢铁材料研究计划(STX-21)-日本 2.材料基因组计划MG)-美国 JIAO TONG UNIVER

1896 1920 1987 2006 国际材料重大 究计划 材料重大研究计划 1.超级钢铁材料研究计划(STX-21)-日本 2.材料基因组计划(MGI)-美国

上谱充通大￥ SHANGHAI JO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 1.超级钢铁材料研究计划(STX-21)日本 STX-21:Structural Materials X for 21th century,2000 目标：将现有钢材在成分基本不变的前提下实用强度和结构寿命提高到 1现有性能和寿命的2倍，并在2015年前实现实用化。 1研究运行体制：材料研制→结构体化→评估→材料研制… 螺旋式研究方式一 满足条件：[]更高的强度、高安全性、长的使用寿命； [2]制造工艺要低成本，低能耗，火大降低对环境的危害。 研究方向： []通过控制组织的方法使结构材料高强度化； [2]通过结构材料的长寿命化以节省能源和资源。 1 应用：汽车用钢、建筑用钢、舰船用钢

1896 1920 1987 2006 1.超级钢铁材料研究计划(STX-21)-日本 STX-21 : Structural Materials X for 21th century，2000年 目标：将现有 材在成分基本 变 前 实 度 结构寿命 高到 有钢材在成分基本不变的前提下实用强度和结构寿命提高到 现有性能和寿命的2倍,并在2015 年前实现实用化。 研究运行体制：材料研制结构体化评估材料研制…… 螺旋式研究方式 满足条件: [1]更高的强度、 高安全性、 长的使用寿命; [2]制造工艺要低成本,低能耗, 大大降低对环境的危害。 研究方向：[1]通过控制组织的方法使结构材料高强度化; [2] 通过结构材料的长寿命化以节省能源和资源。 应用：汽车用钢、建筑用钢、舰船用钢