机械合金化为什么容易脏化

『壹』 机械喷砂铝合金经过化抛后，黑色氧化表面雾黑不亮，求处理方法！

表面发生乌黑，应该是
阳极氧化
溶液密度较低，或阳极电压不足造成，应适当调高阳极电流，此外，间接的对容易进行搅拌也会使的
氧化膜
均匀形成，切忌使溶液保持静止状态。

『贰』 机械合金化的介绍

用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。

『叁』 机械合金化的影响机械合金化的因素

机械合金化是一个复杂的过程，因此要获得理想的相和微观结构，就需要优化设计一系列的影响参数。下面列举一些对机械合金化结果有重大影响的参数。 研磨类型生产机械合金化粉末的研磨装置是多种多样的，如：行星磨、振动磨、搅拌磨等。它们的研磨能量、研磨效率、物料的污染程度以及研磨介质与研磨容器内壁的力的作用各不相同，故对研磨结果起着至关重要的影响。研磨容器的材料及形状对研磨结果有重要影响。在过程中，研磨介质对研磨容器内壁的撞击和摩擦作用会使研磨容器内壁的部分材料脱落而进入研磨物料中造成污染。常用的研磨容器的材料通常为淬火钢、工具钢、不锈钢、P>K>5或P>；内衬淬火钢等。有时为了特殊的目的而选用特殊的材料，例如：研磨物料中含有铜或钛时，为了减少污染而选用铜或钛研磨容器。
此外，研磨容器的形状也很重要，特别是内壁的形状设计，例如，异形腔 ，就是在磨腔内安装固定滑板和凸块，使得磨腔断面由圆形变为异形，从而提高了介质的的滑动速度并产生了向心加速度，增强了介质间的摩擦作用，而有利于合金化进程。 无论MA的最终产物是固溶体、金属间化合物、纳米晶、还是非晶相都涉及到扩散问题，而扩散又受到研磨温度的影响，故温度也是MA的一个重要影响因素，例如 Ni-50%Zr粉末系统在振动球磨时当在液氮冷却下研磨15h没发现非晶相的形成；而在200oC下研磨则发现粉末物料完全非晶化；室温下研磨时，则实现部分非晶化。
上述各因素并不是相互独立的，例如最佳研磨时间依赖于研磨类型、介质尺寸、研磨温度以及球料比等。
机械合金化合成高熔点合金或金属间化合物时具有如下优点：避开普通冶金方法的高温熔化、凝固过程，在室温下实现合金化，得到均匀的具有精细结构的合金，且产量较高，因而已成为生产常规手段难以制备的合金及新材料的好方法。

『肆』 什么是机械合金化

机械合金化
用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。
机械合金化基本原理
机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。在球磨初期，反复地挤压变形，经过破碎、焊合、再挤压，形成层状的复合颗粒。复合颗粒在球磨机械力的不断作用下，产生新生原子面，层状结构不断细化。在机械合金化过程中，层状结构的形成标志着元素间合金化的开始，层片间距的减小缩短了固态原子间的扩散路径，使元素间合金化过程加速。球磨过程中，粉末越硬，回复过程越难进行，球磨所能达到的晶粒度越小。并且，材料硬度越高，位错滑移难以进行，晶格中的位错密度越大，这些又为合金化的进行提供了快扩散通道，使合金化过程进一步加快。
球磨过程中，大量的碰撞现象发生在球－粉末球之间，被捕获的粉末在碰撞作用下发生严重的塑性变形，使粉末受到两个碰撞球的“微型”锻造作用。球磨产生的高密度缺陷和纳米界面大大促进了SHS反应的进行，且起了主导作用。反应完成后，继续机械球磨，强制反复进行粉末的冷焊－断裂－冷焊过程，细化粉末，得到纳米晶。
机械合金化的主要特点
机械合金化(MA)技术是制备新型高性能材料的重要途径之一。采用MA工艺制备的材料具有均匀细小的显微组织和弥散的强化相,力学性能往往优于传统工艺制备的同类材料。采用液氮作为冷却剂的低温MA技术制备的Al3Ti/Al合金与传统铝合金或钛合金相比,在高温强度和密度方面(尤其在350℃左右)具有特别的优势。可望成为部分取代传统钛合金的新型航空材料,达到减重或提高发动机推重比的目的。
机械合金化是一种合成细晶合金粉末材料的有效方法。TiAl基合金采用快冷方法无法获得非晶,而采用机械合金化则可以形成非晶。利用机械合金化制得的非晶态TiAl基合金粉末,在其玻璃点温度以上压实时,粉末的流动性非常好,可以得到形状复杂、致密度近理想状态的合金试件。机械合金化工艺采用的原料既可是单质元素粉末,也可是预合金粉。Ti、Al单质混合粉经机械合金化,很容易使Ti、Al组元尺寸细化、形成一种颗粒细小的Ti/Al复合粉;进一步延长球磨时间,则发生合金化或形成非晶。TiAl预合金粉经机械合金化,其晶粒尺寸能显著细化。两种经机械合金化方法处理的粉末,其烧结行为有些差异,但均可烧结成致密度大于96%的TiAl基合金材料。
机械合金化方法制备TiAl基合金粉末的最大特点是易于获得纳米晶组织。如:预合金粉Ti-47.5%Al-3.45%Cr经机械球磨后,晶粒可细化至40～50nm,再经热压和1200℃热处理25h,晶粒尺寸也只长大至1μm。Hiroshi等通过机械球磨制得了Ti-51Al非晶,发现在同一保温时间下,随热压温度的增加γ晶粒尺寸增加,但经1300℃保温5h,其尺寸仍能保证在50nm以下,且当直径为15nm时,材料硬度达到最高10GPa。Huang等利用机械合金化方法分别制得伴有少量Ti(Al)固溶的TiAl复合组织和颗粒细小的非晶粉,再通过反应热等静压分别获得了等轴γ-TiAl+α2 Ti3Al相和近单相γ-TiAl,并且发现球磨粉末中高含量Nb、Cr等合金元素和间隙元素会导致α/(α+β)转变温度升高。
但是,机械合金化制备的TiAl基合金粉末的固结致密与成形较为困难,因此关于机械合金化制备TiAl基合金块体材料及其力学性能方面的研究报道，目前仍为鲜见。
影响机械合金化的主要因素
机械合金化是一个复杂的过程，因此要获得理想的相和微观结构，就需要优化设计一系列的影响参数。下面列举一些对机械合金化结果有重大影响的参数。
（1）研磨装置
研磨类型生产机械合金化粉末的研磨装置是多种多样的，如：行星磨、振动磨、搅拌磨等。它们的研磨能量、研磨效率、物料的污染程度以及研磨介质与研磨容器内壁的力的作用各不相同，故对研磨结果起着至关重要的影响。研磨容器的材料及形状对研磨结果有重要影响。在过程中，研磨介质对研磨容器内壁的撞击和摩擦作用会使研磨容器内壁的部分材料脱落而进入研磨物料中造成污染。常用的研磨容器的材料通常为淬火钢、工具钢、不锈钢、P>K>5或P>内衬淬火钢等。有时为了特殊的目的而选用特殊的材料，例如：研磨物料中含有铜或钛时，为了减少污染而选用铜或钛研磨容器。
此外，研磨容器的形状也很重要，特别是内壁的形状设计，例如，异形腔 ，就是在磨腔内安装固定滑板和凸块，使得磨腔断面由圆形变为异形，从而提高了介质的的滑动速度并产生了向心加速度,增强了介质间的摩擦作用，而有利于合金化进程。
（2）研磨速度
研磨机的转速越高，就会有越多的能量传递给研磨物料。但是，并不是转速越高越好。这是因为，一方面研磨机转速提高的同时，研磨介质的转速也会提高，当高到一定程度时研磨介质就紧贴于研磨容器内壁，而不能对研磨物料产生任何冲击作用，从而不利于塑性变形和合金化进程。另一方面，转速过高会使研磨系统温升过快，温度过高，有时这是不利的，例如较高的温度可能会导致在过程中需要形成的过饱和固溶体、非晶相或其它亚稳态相的分解。
（3）研磨时间
研磨时间是影响结果的最重要因素之一。在一定的条件下，随着研磨的进程，合金化程度会越来越高，颗粒尺寸会逐渐减小并最终形成一个稳定的平衡态，即颗粒的冷焊和破碎达到一动态平衡，此时颗粒尺寸不再发生变化。但另一方面，研磨时间越长造成的污染也就越严重。因此，最佳研磨时间要根据所需的结果，通过试验综合确定。图1-2为球磨过程中TiAl粉末的显微硬度随球磨时间的变化。图1-3为TiAl粉末经过不同时间球磨后的背散射扫描电镜照片，从图上可明显地看出球磨时间对组织的影响。
（4）研磨介质
选择研磨介质时不仅要象研磨容器那样考虑其材料和形状如球状、棒状等，还要考虑其密度以及尺寸的大小和分布等，球磨介质要有适当的密度和尺寸以便对研磨物料产生足够的冲击，这些对最终产物都有着直接的影响，例如研磨Ti-Al混合粉末时，若采用直径为15mm的磨球，最终可得到固溶体，而若采用直径为25的磨球，在同样的条件下即使研磨更长的时间也得不到Ti-Al 固溶体[20]。
（5）球料比
球料比指的是研磨介质与研磨物料的重量比，通常研磨介质是球状的，故称球料比。试验研究用的球料比在1：1～200：1范围内，大多数情况下为15：1左右。当做小量生产或试验时，这一比例可高达50:1甚至100:1。
（6）充填率
研磨介质充填率指的是研磨介质的总体积占研磨容器的容积的百分率 ，研磨物料的充填率指的是研磨物料的松散容积占研磨介质之间空隙的百分率。若充填率过小，则会使生产率低下；若过高，则没有足够的空间使研磨介质和物料充分运动，以至于产生的冲击较小，而不利于合金化进程。一般来说,振动磨中研磨介质充填率在60%-80%之间 ，物料充填率在100%-130%之间。
（7）气体环境
机械合金化是一个复杂的固相反应过程，球磨氛围、球磨强度、球磨时间等任意一个参数的变化都会影响合金化的过程甚至最终产物。在机械合金化过程中，由于球与球、球与罐之间的撞击，机械能转换成热能，使得球磨罐内的温度升得很高。同时，合金化过程中往往发生粒子的细化，并引入缺陷，自由能升高，很容易与球磨氛围中的氧等发生反应，因此一般机械合金化过程中均以惰性气体，如氩气等为保护气体。球磨气氛不同，会对合金化的反应方式、最终产物以及性质等造成显著影。研磨的气体环境是产生污染的一个重要因素，因此，一般在真空或惰性气体保护下进行。但有时为了特殊的目的，也需要在特殊的气体环境下研磨，例如当需要有相应的氮化物或氢化物生成时，可能会在氮气或氢气环境下进行研磨。
（8）过程控制剂
在MA过程中粉末存在着严重的团聚、结块和粘壁现象大大阻碍了MA的进程。为此，常在过程中添加过程控制剂，如硬脂酸、固体石蜡、液体酒精和四氯化碳等，以降低粉末的团聚、粘球、粘壁以及研磨介质与研磨容器内壁的磨损，可以较好地控制粉末的成分和提高出粉率。
（9）研磨温度
无论MA的最终产物是固溶体、金属间化合物、纳米晶、还是非晶相都涉及到扩散问题，而扩散又受到研磨温度的影响，故温度也是MA的一个重要影响因素，例如 Ni-50%Zr粉末系统在振动球磨时当在液氮冷却下研磨15h没发现非晶相的形成；而在200oC下研磨则发现粉末物料完全非晶化；室温下研磨时，则实现部分非晶化。
上述各因素并不是相互独立的，例如最佳研磨时间依赖于研磨类型、介质尺寸、研磨温度以及球料比等。

机械合金化合成高熔点合金或金属间化合物时具有如下优点：避开普通冶金方法的高温熔化、凝固过程，在室温下实现合金化，得到均匀的具有精细结构的合金，且产量较高，因而已成为生产常规手段难以制备的合金及新材料的好方法。

『伍』 机械合金化的机械合金化

球磨过来程中，大量的碰撞现象源发生在球－粉末球之间，被捕获的粉末在碰撞作用下发生严重的塑性变形，使粉末受到两个碰撞球的“微型”锻造作用。球磨产生的高密度缺陷和纳米界面大大促进了SHS反应的进行，且起了主导作用。反应完成后，继续机械球磨，强制反复进行粉末的冷焊－断裂－冷焊过程，细化粉末，得到纳米晶。

『陆』 机械合金化法制备合金时xrd峰增强是为什么

首先：这种成分是否可以形成非晶态？如果甩带法都不能做成非晶的话，那么形成能回力应该很差答？如果很差的形成能力，xrd自然很难出现馒头峰。其次：你的母合金是否均匀？在熔炼母合金时一般要进行3次以上的熔化-重熔过程，并配合电磁搅拌！因为你这里的结果，有点xrd显示不是非晶（尖锐峰），有的显示是非晶的馒头峰，可能成分不均匀是一个原因。再次：熔炼时真空度和氩气保护也很重要。如果有氧存在时，非晶形成能力可能会降低。Eckert曾经在日本的MateTrans上面讨论了氧含量对Zr基非晶形成能力的影响，你自己可以看看。另外，XRD过程是如何进行的？有时候样品照射xrd面积太小的时候容易出现假象。你试试用多片样品去做一个XRD，说不定会更真实。

『柒』 机械合金化的机械合金化的发展历史

1).机械合金化制粉技术最早是美国国际镍公司的本杰明（Benjamin）等人于1969年前后研制成功的一种新的制粉技术。这种工艺最初被称之为“球磨混合”，但是INCO（国际镍公司）的专利代理律师Mr.Ewan C. MacQueen在第一个专利申请中将此种工艺称之为“机械合金化”（Mechanical Alloying）。
2).20世纪70年代初期机械合金化技术首先被用于制备弥散强化高温合金，最初研制出的合金牌号为MA753（Ni75-Cr20-C0.05-Al1.5-Ti2.5-(Y2O3)0.3-余量），作为正式生产的合金牌号有弥散强化镍基高温合金MA754、MA6000E，弥散强化铁基高温合金MA956。
3).20世纪80年代国际镍公司和日本金属材料技术研究所等又推出第二代弥散强化高温合金，如MA754的改型材料MA758，MA6000的改型材料MA760，MA956的改型材料MA957，以及TMO-2合金，由于这些改型合金具有能满足特殊要求的性能，逐步被用户所接受。除了制备高温合金外，机械合金化技术还被广泛应用于制备结构材料。弥散强化铝基合金INCOMAP-Al9021和INCOMAP-Al9052在抗拉强度、抗蚀性、断裂韧性和抗疲劳性能方面具有良好的综合性能，是一类新型的工业定型合金材料，这类弥散强化材料已在洛克希德C-130飞机上作过对比试验，结果十分令人满意。另外，采用机械合金化技术制备的INCOMAP-Al905XL合金与通常的7075-T73铝合金有相似的强度，但密度小了8%，刚度增加了15%。
4).1975年Jangg等人提出了“反应球磨”的类似方法，即通过一起球磨化学添加物与金属粉末，诱发低温化学反应，生成了分布均匀的弥散粒子。采用这种方法制备的弥散铝合金（Al-Al4C3-Al2O3）的室温力学性能和电导性均优于SAP（弥散强化烧结铝），其中商业牌号为DISPAL的机械合金化弥散铝合金已被广泛应用。采用机械合金化技术制备的弥散强化铜合金具有优异的力学性能，机械合金化弥散铜合金可以替代内氧化法制备的弥散强化铜合金，是理想的引线框和电极材料。近年来，机械合金化弥散强化钛合金、镍合金和钼合金以及机械合金化弥散强化金属间化合物的研究日益增多，估计将有更多的新型弥散强化材料问世。
5).从20世纪70年代初到80年代初，机械合金化技术主要用于研制弥散强化合金材料。虽然1979年White在用机械合金化法合成Nb3Sn超导材料时第一个提出机械合金化可能导致材料的非晶化；前苏联学者Ermakov等人在1981年机械球磨Y-Co金属间化合物时首次得到了非晶态合金，但是这两个重要结果在当时并未引起材料科学界的足够重视。直到1983年Yeh等人发现氢化作用导致Zr3Rh非晶化；Schwarz等人发现La和Au晶体之间固态扩散导致非晶化；Koch等人采用机械合金化法制备出Ni40Nb60非晶态合金和1985年Schwarz等人用热力学方法预测了Ni-Ti二元系机械合金化非晶合金的形成区域，以及采用固态反应理论解释了非晶态形成机理之后，材料科学工作者才对机械合金化制备非晶粉末的方法产生了极大兴趣。由于采用机械合金化制备非晶的方法避开了金属玻璃形成对熔体冷却速度和形核条件较为苛刻的要求 ，因而具有很多优点，如：可以得到更加均匀的单相非晶体，可以合成快速凝固技术无法制备出的非晶合金等。机械合金化制备非晶材料的方法在短短的近二十年中得到了很大的发展。
6).正当人们运用固态反应理论来寻找新的非晶态合金时，Gaffet等人报道了Si在球磨时发生部分非晶化。这是纯元素通过机械球磨产生非晶化的第一个例子。采用固态反应理论无法解释纯元素粉末和纯化合物粉末通过机械合金化形成非晶的现象。材料科学工作者于是把两种以上元素粉末（包括两种元素粉末）进行球磨，通过固相扩散，得到非平衡相的过程称为机械合金化，而把单一元素或单一化合物粉末进行球磨，不需要物质转输就能得到非平衡相的过程称之为机械碾磨（Mechanical Grinding，简称MG或MM）。显然两者的非晶化机理是不同的。
7).准晶是1984年由Schechtman等人在快冷Al-Mn合金中发现的新材料，引起了材料界的极大兴趣。制备准晶合金可采用快速冷凝、溅射、气相沉积、离子束混合、非晶相热处理、固态扩散反应和熔铸多种方法。采用机械合金化技术制备准晶合金是机械合金化研究的重要进展之一。Ivanov等利用机械合金化技术制得了Mg3Zn(5-x)Alx（其中x=2~4）和Mg32Cu8Al41的二十面体准晶相，其结构和快冷技术制备的二十面体准晶相的相同。Eckert等人对成分配比为Al65Cu20Mn15的金属粉末进行机械合金化处理后也观察到了二十面体准晶相的形成。
8).对在固态下完全互溶的合金系的组元金属粉末进行机械合金化处理，可以形成固溶体。Benjamin在1976年对Ni粉和Cr粉进行机械合金化处理，发现能够真正实现原子尺度的合金化。他发现用机械合金化方法制备的Ni-Cr合金的磁性能和用传统铸锭冶金方法制备的相同成分的Ni-Cr合金的完全相同。Si和Ge完全互溶，但在室温下都是脆性材料。1987年Davis等人的实验表明，对Si和Ge粉末进行机械合金化处理时，Si和Ge的点阵常数逐渐靠拢，当球磨时间达到4~5小时时点阵常数合二为一，表明生成了Si-Ge固溶体。
9).采用非平衡加工方法，如快速凝固等可以突破合金平衡固溶度的极限，机械合金化技术也具有同样的功能。1985年Schwarz等人发现在经过机械合金化处理过的钛和镍粉末中，Ti在面心立方结构的Ni中的固溶度高达28mass%，而根据Ti-Ni合金平衡相图，Ti在Ni中的固溶度仅为百分之几。1990年Polkin等人系统报道了由机械合金化所引起的固溶度增大现象，他们在所研究的Al-Fe、Ni-Al、Ni-W、Ni-Cr等合金系中均发现了固溶度显著扩展现象。
10).一般来说，有序固溶体可以通过辐射、快速凝固、大塑性变形等工艺产生无序化结构，并且导致合金性能的改变。机械合金化也可以导致有序合金和金属间化合物结构的无序化，最初的报导是由Ermakov等人进行的研究工作，他们通过机械碾磨（MM）工艺使有序化合物ZnFe2O4结构无序化。1983年Elsukov等人报导了通过机械合金化使Fe3Si相无序化。Bakker等人报道了有关金属间化合物无序化的详细研究成果。
11).机械合金化是少数几种能将两种或多种非互溶相均匀混合的方法之一。实际上弥散强化合金就是如此，因为氧化物基本上与金属基体不相溶。更一般地讲，机械合金化可以应用到在固态乃至液态下非互溶的二元合金系中。Benjamin介绍了有限互溶Fe-50mass%Cu合金和在液态存在非互溶间隙的Cu-Pb合金在机械合金化过程中形成均匀化合物的结果。Green等人用机械合金化方法制备了一种新型电气触头材料，原始材料为Cu-15vol%Ru混合物，Cu和Ru不互溶。将Cu和Ru混合粉末进行机械合金化处理后再退火、冷压和热轧，得到了Cu-Ru复合材料，再通过冷轧和退火得到了最终尺寸的条带。扫描电子显微镜分析结果表明，Ru粒子的最终直径为1~2μm，用腐蚀法将条带表面的Cu清除，则硬的、难熔且导电的Ru粒子在表面突出，从而可以做为电触点，Cu基体起支撑作用且保证电流的连续性。
12).纳米材料的制备是材料科学领域的研究热点之一。纳米材料由于具有显著的体积效应、表面效应和界面效应，因此引起材料在力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特性上的变化。制备纳米晶材料的方法主要有固相法、液相法和气相法三大类。Thompson等人在1987年首先报导了通过机械合金化法合成出了纳米晶材料。Hellstern等人和Jang等人报导了采用元素粉末和金属间化合物粉末通过机械合金化技术制备出了纳米晶材料。Schlump等人发现，在Fe-W，Cu-Ta，Ti-Ni-C，W-Ni-C等非互溶合金系中，用球磨方法可以生成纳米尺寸的弥散相粒子。
13).1988年日本京都大学的新宫教授等人系统地报导了采用高能球磨法制备Al-Fe纳米晶材料的工作，为纳米晶材料的制备和应用找出了一条实用化的途径。研究表明，纳米晶材料可通过元素粉末、金属间化合物粉末、非互溶合金系的组元粉末球磨的方法来合成。目前已在Fe、Cr、Nb、W、Zr、Hf、Ru等纯金属粉末中得到纳米晶；在Ag-Cu、Al-Fe、Fe-Cu系合金中得到了纳米结构的固溶体；在Cu-Ta、Cu-W系合金中得到了纳米结构的亚稳相；在Fe-B、Ti-S、Ti-B、Ni-Si、V-C、W-C、Si-C、Pd-Si、Ni-Mo、Ni-Al和Ni-Zr系合金中得到了纳米晶金属间化合物。
14).从20世纪80年代初期到90年代初期机械合金化技术主要被用于制备非平衡态材料，几乎所有的非平衡材料都可以采用机械合金化技术来制备。非平衡材料的制备研究使机械合金化技术的研究又掀起一个高潮。
15).许多合金系通过机械合金化处理后，可以把纯组元合成为金属间化合物。由于熔铸的金属间化合物往往具有加工性能差的粗晶铸态组织，即使通过变形-热处理技术也难以控制其显微组织。因此，人们希望采用机械合金化技术制备的金属间化合物是一种具有微晶和纳米晶结构的材料，能够改善金属间化合物的脆性。最早采用机械合金化方法制备出金属间化合物的是McDermott等人，他们将Zn粉和Cu粉按一定的比例混合后球磨，得到了β黄铜。Ivanov按成份为Ni40Al60的配比将Ni粉和Al粉混合物通过球磨处理制备出了金属间化合物Ni2Al3。通常利用机械合金化制备金属间化合物时所需的球磨时间非常长，影响了金属间化合物的制备。自从1989年Schaffer等人发现通过机械合金化诱发的自蔓燃反应可以将某些金属从它的氧化物中还原出来，1990年Atzmon等人发现球磨Ni粉和Al粉时发生了自蔓燃高温反应现象以后，机械合金化自蔓燃高温合成反应成为研究热点，利用这种自蔓燃反应，可以大大缩短球磨时间，并能制备多种金属间化合物。

『捌』 合金化是什么

提高钢的强度既简便又便宜的方法是增加碳含量。然而，这种方法使其他所希望的性能遭到消弱，如成型性，焊接性，韧性和其他一些性能。几个性能都重要的情况下的几种应用，碳含量必须保持在低水平。在低碳钢中为了获得高强度并同时保持高水平的综合性能最经济的方法是应用微合金化技术。

为什么要高强度

应用高强度钢可以降低板厚度从而在许多应用中降低重量。在汽车工业，车体减轻可以节省燃油从而保护环境（减少排气量）。在造船工业，船体减轻可以装载更多的货物。图3显示的是管道在管线结构中的应用。对于一个18m长，外径1000mm的管道，当用高强度钢X70代替低强度钢时其重量可以从14t降低到6t。另一个重要的例子是民用建筑，如图4所示，的建筑形式，用460MPa的高强度钢代替低强度钢（235MPa）可以节省材料40%，重量降低超过50%，焊接材料可以节约超过70%。
微合金化的效果

图5表明了主要微合金化元素Nb，V和Ti对提高强度和韧性的作用以及其强化机理。这三个元素均是通过细化晶粒和沉淀强化提高强度，但每种机理强化程度不同。Nb具有最强的晶粒细化强化效果，而V具有最强的沉淀强化效果，Ti介于上述两者之间。如图6所示，晶粒细化是唯一的能够同时提高韧性的强化机理。因此，当同时需要高强度和高韧性综合性能时就需要添加铌，譬如管线钢和结构钢。在图5中还可以反映出铌是经济有效的。如要使低碳钢的屈服强度提高100MPa，需要添加0.02%的铌，而钒则需要添加两倍的量。

铌的晶粒细化引起的强烈效果与其在轧制时通过固溶，特别是碳氮化铌析出延迟奥氏体再结晶有关系。图7显示了分别含Nb，V，Ti钢的效果。铌阻止在轧制最后阶段奥氏体的再结晶，促进了扁平晶粒的变形，从而导致非常细的铁素体晶粒。

铌的另一个重要影响是在中低碳钢中降低转变温度促使贝氏体组织的形成，这一研究已经比较多了，如图8所示。降低转变温度是由于在轧制过程中仍有一部分铌留在固溶体中而没有发生沉淀反应。这一效果在同时加入Nb和Mo或同时加入Nb和B时由于协同作用而加强，如图所示。其中一个实际例子是X80管线钢，铁素体-低珠光体组织在得到韧性要求的同时却达不到强度级别。

微合金化不仅仅对轧制产品有作用。V可以在热处理级别钢种提高强度，而铌可以细化晶粒。如图9所示，在正常热处理之后，铌明显的细化了晶粒。

为了得到所希望的高水平性能，在炼钢时很好的控制杂质含量如S、N、P等也是非常重要的，特别是对需要高韧性的板材产品。图10表明了S是如何影响冲击性能的。为了把S含量控制在低的水平，应用硫化物形状控制（通常用钙处理）对于避免生成对横向韧性有损害的延长硫化镁是非常重要的。

如图11所示，氮对热影响区的韧性的损害是非常大的，因此低氮是值得提倡的。这一损害可以用钛固定游离的氮以降低其影响。氮化钛在高温时非常稳定，因此它可以阻止晶粒的增长。图12显示了钛固氮处理提高热影响区韧性的益处。然而用钛需要很好的控制手段。加入到钢中的钛的量要以固定氮所需要的量为上限。如果多加了钛将促使形成碳化钛，这样对热影响区的韧性有损害，如图13所示。氮对焊接金属的韧性也是有影响的，如图14。
板材产品的微合金化
板材产品方面的技术进展可以作如下描述：

50年代后期： Nb的引入
60年代： 控制轧制的试验探索
70年代： 全面实行微合金化和控制轧制
80年代： 实行加速冷却
90年代： 实行直接淬火
图15表示的是微合金化元素Nb、V和Ti在不同的冷却工艺下在板材中的强化效果，Nb的提高强韧性的效果尤为突出。
微合金化板材有着非常广泛的应用，如管线钢，造船钢，海洋平台，民用建筑（桥梁、高架桥，建筑）以及其它领域。

如表1所示，管线钢产品的发展，表明虽然碳的含量在不断降低，但其强度却在增加，这一原因前面已经说明。提高到X80级的产品已经进行商业生产，一些钢铁公司已经开发了X100级别。提高抗氢致裂纹需要更严格的炼钢工艺并需要非常低的碳和硫含量，如表2所列的工业产品。

最后，表3对几种管线钢进行了总结，包括热轧和炉卷产品。在表中我们可以注意到一些钢中的含铌量高于正常情况的含铌量，在0.07~0.09%之间。这些钢最近几年在北美已经进行商业生产。高铌含量可以把奥氏体再结晶延迟到更高的温度（如图7所示），这使控轧工艺更加宽松，如高的终轧温度，这对有功率限制的钢板轧机是有益的。而且，这些超低碳高Nb钢具有非常好的韧性特性。

对于海洋平台和造船业来讲，自70年代以来的趋势是降低含碳量，特别是在高焊接工作量并需要提高焊接性能的情况下。表4显示的是分别通过正常的热处理和加速冷却工艺生产的335MPa级的典型的化学成分。

在民用建筑方面，图16表明了在瑞典现代桥梁应用的高强度微合金化钢。用高强度钢，屈服强度460MPa级，热机械工艺（TMCP）可以降低重量15，000t，降低费用2500万美元。表5显示的是50mm厚结构板材产品典型的化学成分，工艺分别为正常情况（N），控轧（TM），淬火和回火（QT），热机械工艺（TMCP）和直接淬火（DQ）。最近几年，安全防火变得越来越重要。如图17所示，防火结构钢已经发展起来，该钢添加Nb和Mo以提高高温强度。
汽车工业用热轧和冷轧薄钢板

在70年代初第一次石油危机之后，微合金化热轧和冷轧薄钢板在汽车工业获得了广泛应用。用高强度钢代替低强度钢过去是现在依然是降低汽车车重的有效方法，以节省燃料。安全方面的需要也激发了高强度钢的应用。
热轧薄钢板

热轧低合金高强度钢（HSLA）薄钢板主要用于卡车的底盘部分，也用于大客车的车轮，轮毂等部件。传统的屈服强度水平在350MPa到550MPa之间，具有铁素体加少量珠光体组织。表6列出了一些典型的化学成分。过去，这些钢也用Ti作为主要微合金化元素来生产，尤其是在过去钢的含硫水平比较高。加入钛的另外一个主要作用是控制硫化物的形状。但是由于其碳化物形成的动力学原因，轧制工艺十分复杂，大部分情况下是不允许的，以避免出现典型的最终产品性能大范围的分散，图18。在铁素体-少量珠光体钢中，当薄板的厚度方向需要使用两种微合金化元素来获得更高的强度时，Nb和V的结合将使性能分散范围小些。以上考虑涉及到Ti的碳化物沉淀强化作用。如果只用来固定N，则Ti很有效。在含Nb钢中，强度进一步提高，因为更多的Nb将使铸造性能也得到改善。

最近，开发出690MPa级卡车大梁用钢，它利用了在由热带轧机直接轧出的贝氏体钢中所有的强化机理，图19。表7列出了两种欧洲产品的合金设计。

铁素体-贝氏体钢，含10~30%的贝氏体，用于车轮、轮毂和底盘，它比铁素体-珠光体钢具有更优越的凸缘压边延伸性能。与铁素体-马氏体——双相钢相反，当焊接的轮毂轮箍被拉伸时，使用这种钢不会出现局部颈缩。如图20所示，当合金设计、轧制参数——卷取温度——得到控制从而第二相主要为贝氏体相时，就可达到强度和成型性的最优配合。
冷轧薄钢板

传统的微合金高强度冷轧薄板用钢在汽车工业已使用了25年，但部分汽车零件不需要高的成型性。图21显示了罩式退火钢板的典型化学成分。传统的微合金钢也可在连续退火线上生产，此时，对于给定的钢种，可以获得更高的强度。例如，如图22所示的用于汽车侧挡板的双相钢。
更复杂形状的产品——汽车车体（integrated
panels）的开发以及传统钢达不到罩式退火同样的成型性而引入连续退火生产薄钢板，需要开发一种新的类型钢，即无间隙钢——超低碳IF钢。

无间隙钢添加Ti、Nb或Ti+Nb生成无间隙原子。尤其在镀锌产品中，TiNb无间隙钢可获得最优配合的机械性能以及更好的表面质量，如图23、24、25、26、27、28所示。仅添加Ti的无间隙钢易于产生表面缺陷。

匹兹堡大学的最新研究工作已经表明，当铌在铁素体晶界溶解时，它能起到重要的作用。晶界处溶解的铌改善冷加工脆性，并能降低镀锌产品的粉化趋势。
用于锻造的微合金钢

微合金化技术在锻造汽车零件钢中的应用允许除掉传统的淬回火热处理生产汽车零件，从而显著节省生产成本。表8列出了一些在市场上出现的钢种。

现已生产了仅含微合金元素V、仅含Nb以及Nb、V复合微合金钢。研究表明，复合添加Nb和V对提高强度比单独添加这两种微合金元素中的任何一种更有效。Nb提高了V的析出潜能。

在这种产品上，最新成果包括有直接淬火（马氏体）或空冷获得的低碳马氏体+贝氏体或贝氏体钢，它们表现出韧性得到改善。表9给出了一个例子。
高强度紧固件与悬挂弹簧

传统的冷锻高强度紧固件用钢为中碳钢，由淬回火得到最终产品所需的性能。用低碳微合金钢替代中碳钢，不需要热处理就能得到最终所需的机械性能，并且消除了在收线过程中的中间球化处理。表10给出了8.8级钢（铁素体—珠光体）与10.9级钢（铁素体—贝氏体）的化学成分。

悬挂弹簧是另一种使用微合金化技术而达到减重的产品。北美生产出热处理后抗拉强度为2000MPa级、HRc为53-55的钢。化学成分与机械性能在表11中列出。
渗碳钢

在渗碳处理钢中，尤其在温锻条件下，晶粒非正常长大较为普遍。这些钢中加入铌抑制晶粒非正常长大，这项技术已在日本使用多年，最近在北美也取得应用。微合金元素添加到这些钢中而带来的另一个好处是通过更高的加热温度而有可能减少渗碳时间。铌的加入抑制晶粒长大，因而使在更高温度渗碳成为可能。
结构用型钢

在结构用型钢技术上的最新主要进展是仅使用一种化学成分就可满足几种技术条件的含铌结构型钢/横梁钢已工业化。这种由Chaparral钢铁公司开发的“多级别”钢，典型的成分仅含0.01-0.02%Nb（目标为0.015%），这足够将ASTM
A36的屈服强度提高到345MPa以上而抗拉强度限制在550MPa以下，从而既能满足ASTM A36又能满足 ASTM
A572-50的技术条件。铌是选择性添加微量元素，因为为了满足50级钢的最低屈服强度要求，可能要多添加一些V，为0.02-0.03%（与0.015%Nb相比），这会提高结构型钢的抗拉强度，使它接近或超过550MPa，而当满足A572-50的技术要求时，又超过了A36所允许的要求。其它ASTM钢的技术要求可由A572-42、A572-50、A529-42、A5290-50、A709-36与A709-50等多级别钢满足。
钢筋

该产品用于大型混凝土结构以提高抗拉能力。大直径高强度级别钢筋添加了V和Nb。一些现代轧钢厂采用水冷技术取代微合金化提高强度。图29为V和Nb在焊接用钢筋中的强化效果。
世界微合金化钢的发展

世界微合金化钢的发展可由Nb的总消耗量来描述，因为Nb是一种主要微合金化元素，并且75%的Nb用于微合金化钢，见图30。70年代Nb的消耗量急剧上升。当时控轧工艺在全世界范围内被采用，同时汽车工业使用量也在增加。80年代是稳定期，但微合金化钢产量继续增加。Nb消耗量的稳定是因为钢铁厂效率的提高，如连铸设备的安装、加速冷却，对给定量的最终产品，这可节省原材料。然而在Nb消耗量达到饱和点后，在90年代Nb的需求又显著增加。这是受许多重要的钢铁公司产品结构调整的影响，他们的品种集中在附加值产品，包括微合金化钢。图31很好的显示出在欧洲微合金化钢增加情况。从图中明显看出，在该地区，与粗钢相比，FeNb的消耗量显著增加。在欧洲，每吨钢中的FeNb为60g。

除了微合金钢产量增加外，Nb使用领域也在增加。如图32所示，在70年代中期，Nb主要用在管线钢产品。为开发该产品中而发展起来的微合金化技术在随后的时间里被应用在其他领域，如该图所示的2000年情况。
结论
微合金化技术是一条生产高强度和其它所需性能的高质量产品的经济有效途径。
世界范围内的微合金化钢的产量不断增加。新的钢种已开发出来，并应用在许多领域，保持着钢在材料领域的良好竞争能力。

『玖』 为什么柴油机机油比汽油机的脏 黑

一、柴油机机油比汽油机更脏、黑的原因：
1、燃料中烯烃含量越高，硫含量越高，汽油机中易形成油泥，柴油机中易形成烟 炱，而使机油变黑越快，因而燃料质量是机油变黑的来源。
2、发动机的结构及工况不同，例如停停开开，这就很容易使汽油机生成油泥，柴油机不完全燃烧形成烟炱， 因而易于变黑。
3、为了克服上述燃料及机械引起的结果，润滑油中就要加入分散 剂，以防止油泥或烟炱在汽缸上生成漆膜。分散剂越多，分散性越好，漆膜会少，但 油品就易变黑。所以高档油比低档油变黑更快。因此润滑油变黑不能成为判断机油好 坏的指标。
4、机油变黑产生油泥还与发动机长时间超负荷高温运转有关，与汽车换 机油时不清洗发动机和油底有关，还与机油过滤器的过滤性能有关。
5、判断行车中机油好坏不是用变黑快慢来判断，而是用内燃机油换油指标。国家规定指标为粘度增长、酸值、碱值、磨损等判断,从未用颜色变黑作为指标。因而应严格按照规格所规定的指标来判断才是合理的。

二、机油变黑、变脏的原因
在内燃机发动机中，无论是汽油机还是柴油机，由于种种原因均会造成不完全燃烧。汽油机发动机油底壳中的油泥主要是汽车停停开开，马力未充分发挥而燃烧不完全造成的。根据示踪原子的研究，这些油泥主要来源于汽油而不是来自润滑油。烯烃含量越高，油泥会越多。对于柴油来说，由于机械结构及燃料质量也会生成碳黑状的烟炱。柴油中硫含量及烯烃含 量高均会造成烟炱含量很高而使机油很快变黑。

『拾』 机械合金化特点是什么

（1）工艺条件简单，成本低；
（2）操作程序连续可调，且产品晶粒细小；
（3）能回涵盖熔炼合金答化法所形成的合金范围，且对那些不能或很难通过熔炼合金化的系统实现合金化，并能获得常规方法难以获得的非晶合金、金属间化合物、超饱和固溶体等材料；
（4）MA法在制备非晶或其它亚稳态材料（如：准 晶相、纳米晶材料、无序金属间化合物等）方面极具特色；
（5）可在室温下实现合金化