金属材料的四种强化方式.docx

一、形变强化（或应变强化，加工硬化）01定义材料屈服以后，随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。02机理随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式，可知强度与位错密度的二分之一次方成正比，位错的伯氏矢量b越大，强化效果越显著。03方法冷变形，比如冷压、滚压、喷丸等。04例子冷拔钢丝可使其强度成倍增加。05形变强化的实际意义(利与弊)（1）利：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料，可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加。是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形。形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。（2）弊：形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，始继续变形带来困难，需要消耗更多的功率。为了能让材料继续变形，中间需要进行再结晶退火，使材料可以继续变形而不至开裂，增加了生产成本。二、固溶强化01定义随溶质原子含量的增加，固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。02机理(1)溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用。(2)位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力。(3)溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻碍位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。03规律在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，强化效果越显著。形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，强化作用越大。04方法合金化，即加入合金元素。05例子铜镍合金的强度大于铜和镍纯金属的强度。三、细晶强化01定义随晶粒尺寸的减小，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性也得到改善的现象称为细晶强化。02机制其原理在于晶界对位错滑移的阻滞效应。对于多晶体来说，位错运动必须克服晶界的阻力，这是由于晶界两侧位错的取向不同，所以在某一个晶粒中，滑移的位错不能直接穿越晶界进入相邻的晶粒，只有在晶界处塞积了大量的位错后引起应力集中，才能激发相邻晶粒中已有位错的运动产生滑移。所以晶粒越细，材料的强度就越高。03规律晶粒越细，晶界面积越大，根据霍尔-佩奇公式，晶粒的平均直径d越小，材料的屈服强度s越高04细化晶粒的方法结晶过程中可以通过增加过冷度，变质处理，振动及搅拌增加形核率来细化晶粒；对于冷变形的金属可以通过控制变形度、退火温度来细化晶粒；可以通过正火、退火的热处理方法细化晶粒；可以在钢中加入合金元素，形成新相从而抑制晶粒长大。四、第二相强化01定义在金属基体中还存在另外一个或几个其他的相，这些相的存在使金属的强度得到提高。因获得第二相的工艺不同，第二相强化分为：沉淀强化：通过相变热处理获得第二相弥散强化：通过粉末烧结或内氧化获得第二相。02机制位错在运动过程中遇到第二相，需要绕过或切过第二相，从而第二相阻碍了位错的运动，使得材料的强度提高。03例子钢中渗碳体的存在使钢的强度得到提高。