材料韧化的基本原理

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1、第五章三-四节《材料科学基础》第十章第二节材料韧化基本原理材料的强韧化一、金属材料的韧化原理改善材料的韧性的基本途径1减少诱发微裂纹的组成相2提高基体的塑性材料的韧性是强度和塑性的综合体现3增加组织的塑性形变均匀性（减少应力集中）4避免晶界弱化，防止裂纹沿晶界的形核和扩展材料的强韧化5强化同时的增韧(1)位错强化与塑性和韧性位错密度升高会提高强度而降低塑性和韧性。可动的未被锁住的位错对韧性的损害小于被沉淀物或固溶原子锁住的位错。故提高可动位错密度对塑性和韧性均有利。(2)固溶强化与塑性固溶强化应在保证强度的同时提高塑性。通过添加合适的合

2、金元素，如，Ni，可促进交滑移，改善塑性。另外，调整间隙原子的添加浓度，实现强度和塑韧性的最佳配合。材料的强韧化(3)细化晶粒与塑性细化晶粒既能提高强度，又能同时优化塑性和韧性，是目前公认最佳的实现材料强韧化的途径。(4)沉淀相颗粒与塑性沉淀颗粒会通过弥散强化提高基体的强度和硬度，但可能会明显降低塑性和韧性。尤其，条带状、片状析出物，以及沿晶界网状析出的沉淀相，均显著降低材料塑性。减少沉淀相的析出数量，改善沉淀相的形状和分布状态，可改善材料塑性。材料的强韧化二、高聚物的韧化原理(1)增塑剂与冲击韧性添加增塑剂使分子间作用力减小，链段以至

3、大分子容易运动，使高分子材料的冲击韧性提高。(2)分子结构、相对分子质量与冲击韧性如果大分子结构和分子间作用力的作用使高分子材料的堆砌密度小，玻璃化温度低时，冲击韧性则高。如果大分子链的柔顺性好，可提高结晶性高分子材料的结晶能力，结晶度高则会使冲击韧性下降。材料的强韧化相对分子质量增大使分子键的缠结点增多，有利于伸长率和强度的提高，两者又使高分子材料的冲击韧性获得改善。(3)嵌段共聚与冲击韧性在玻璃化温度高的链段之间嵌入玻璃化温度低的链段可发挥良好的配合作用，既保证高的强度和硬度，又又好的韧性。(4)共混与冲击韧性与橡胶态高聚物掺混的树

4、脂。橡胶颗粒的承载作用三、无机非金属材料的韧化机理(1)相变增韧ZrO2陶瓷中四方相的ZrO2向单斜相的ZrO2转变，伴随有体积膨胀。当有较大外应力作用时，基体的约束作用减弱，促进相变，会引发微裂纹，从而消除应力集中，吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。材料的强韧化(2)微裂纹增韧大多数情况下，陶瓷材料中存在裂纹。如果在主裂纹尖端存在相变诱导微裂纹区，由微裂纹吸收裂纹扩展过程中的能量，则可有效阻止主裂纹的扩展，起到增韧的目的。材料的强韧化《材料科学基础》第十章第三节材料强韧化方法示例一、金属材料强韧化的例子材料的强韧化低碳马氏体钢的强

5、韧化(1)碳的间隙固溶强化(2)碳化物(回火时产生)的沉淀颗粒强化材料的强韧化(3)亚结构为高密度位错,位错强化作用(4)可动位错缓解局部应力集中,延缓裂纹产生,塑性和韧性(5)残余奥氏体薄膜阻挡裂纹扩展,塑性和韧性材料的强韧化二、高分子材料强韧化的例子三、陶瓷材料强韧化的例子Al2O3-ZrO2+Y2O3(ZTA)陶瓷材料材料的强韧化四、复合材料的强韧化Al2O3/Al-1.5Mg复合材料棒材(a)纵向(b)横向纤维增强复合材料材料的强韧化颗粒增强复合材料粉末增强剂发生团聚;改善增强粉末聚合体与基体的润湿程度