材料科学基础重点总结5材料的强化途径

材料科学基础重点总结5材

料的强化途径(总5页)

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材料的强化

强韧化意义

希望材料既有足够的强度，乂有较好的韧性，通常的材料二者不可兼得。提 高材料的强度和韧性，节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可黑性 和延长服役寿命

提高金属材料强度途径

强度是指材料抵抗变形和断裂的能力，提高强度可通过以下两种途径:

1完全消除内部的缺陷，使它的强度接近于理论强度

2大量增加材料内部的缺陷，提高强度

增加材料内部缺陷，提高强度，即在金属中引入大量缺陷，以阻碍位错的运动

四种强化方式：

固溶强化

细晶强化

形变强化（加工硬化）

第二相粒子强化

实际上，金属材料的强化常常是多种强化方式共同作用的结果。

一. 固溶强化

固溶强化：当溶质原子溶入溶剂原子形成固溶体时，使材料强度硬度提高，塑 性韧性下降的现象。

强化本质:利用点缺陷（间隙原子和置换原子）对位错运动的阻力使金属基体 获得强化

强化机理：1溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，对在滑移面上的运动 的位错有阻碍作用；2位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。

影响因素

不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大差别，影响因素主要有：

［溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大。

2溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。

3间隙溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。

4溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。

固溶强化效果与溶质原子的质量分数成正比关系。大多数溶质原子在室温 的洛解度比较小，为了提高固溶度从而提高固溶强化的效果，可以将其加热到 较高温度，经过保温后快速冷却到室温，使溶质原子来不及析出而得到过饱和 同落体，这就浪固溶处理。

经过固溶处理后还可以经过时效处理进一步提高其强度。对过饱和固溶体 在适当温度下进行加热保温，析出第二相，使强度硬度升高的热处理工艺称为 时效。时效硬化的本质是从过饱和固溶体中析出弥散笫二相，属于笫二相强化 途径。

固溶和时效广泛用于有色金属的强化，如铜合金，铝合金，镁合金，钛合金 等。

二. 细晶强化

定义一用细化晶粒的方法提高材料强度的方法称为细軀化。

细晶强化最显著的特点:不仅可以提高材料的强度硬度，也可以提高塑性韧 性。

强化机理

晶粒越细，阻碍滑移的晶界便越多（或晶界面积越大），变形过程中晶界处位 错塞积数目越多，对位错运动的阻碍越大，强度也就越高。

一般在室温使用的结构材料都希望获得细小而均匀的晶粒，从而具有良好 的综合力学性能。

大多数金属的屈服极限和晶粒度符合Hall-Petch公式：

oy=oi + ky・〃/2

0 i和ky是两个和材料有关的常数，d为晶粒直径

三. 形变强化（加工硬化）

金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性 和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化,也叫形变强化。

强化机理：

金属发生塑性变形时，位错密度大量增加，位错间的交互作用增强，相互 缠结，使位错运动的阻力增大，引起塑性变形抗力提高。另一方面山于亚晶界 的增多，使强度得以提高。

不利方面 金属在加工过程中塑性变形抗力不断增加，使金属的冷加工需要消耗更多的功 率

加工硬化使金属变脆，因而在冷加工过程中需要进行多次中间退火，使金属 软

化，才能够继续加工而不致裂开。

四. 第二相粒子强化

分类

通过相变（热处理〉获得一析出硬化、沉淀强化或时效强化

通过粉末冶金法（烧结或内氧化）获得一弥散强化

强化效果

相粒子的强度、体积分数、间距、粒子的形状和分布等都对强化效果有影响 第二相粒子强化比固洛强化的效果更为显著

强化机理（第二相质点的存在阻碍基体中的位错运动）

第二相粒子与基体晶粒尺寸属同i数量级的块状分布（聚合型）：

一般认为，块状第二相阻碍滑移使基体产生不均匀塑性变形，曲于局部塑性 变形约束而导致强化。

第二相粒子细小而弥散地分布在基体晶粒中（弥散型）:

可将第二相粒子分为不可变形的和可变形的粒子

不可变形的粒子

根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相粒子，为此，必须克服弯 曲位错的线张力。绕过粒子的位错线在粒子周圉留下位错环，随着绕过粒子的 位错数量增加，位错环增多，相当于粒子的间距减小，对位错线运动的阻力就 越大。

可变形的粒子

对于可变形的第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起产生变形，由此 也

能提高屈服强度。这是因为质点与基体间晶格错排及位错线切过第二相质点 产生新的界面需要做功等原因造成的O

切过粒子引起强化的机制

短程交互作用：

位错切过粒子形成新的表面积，增加了界面能

位错扫过有序结构时会形成错排面或叫做反相畴，产生反相畴界能

粒子与基体的滑移面不重合时，会产生割阶;粒子的派■纳力T P-N高于基体等, 都会引起临界切应力增加

长程交互作用（作用距离大于10b）:

山于粒子与基体的点阵不同（至少是点阵常数不同），导致共格界面失配，从 而造成应力场