晶粒度与合金强度关系

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1、万方数据2008年第8期轻金属·59··轻金属材料·晶粒度与合金强度关系路君，曾小勤，丁文江(上海交通大学金属基复合材料国家重点实验整，上海200030)绱要：辑究了鑫粒度与务金强度之鞠荧系，透过各静耱裁的殛黢藏力、显微硬度等力学蛙髓及英与秘成菇粒麦之阉始关系．从_蠛论上分析了规律产生的原鞠，为材料变形机制的研究及材料设计提供了科学依据。关键词：屈服应力；晶弑尺寸；合金强度；Hall～Petch关系中謦分类擘：TGll3，25文献标识碱：A文章编号：1002—1752(2008)08～59—6TheHall·——PetchrelationshipL

2、UJun，ZENGXiao—qin，DINGWen—jiang(KeyStateLaboratoryofMetalMatrixComposte，ShanghaiJiaoTongUniversity．Shanghai200030，China)Abstract：ThisarticlehasstudiedtherelationshipofcnTstalgrainsizeandthealloyintensity，ittheoreticallyanalyzesthereasonwhichtheruleproducesbytherelationsbetween

3、eachkindofmaterialyieldstress，themicrohardnessequipoUentstudyperformanceanditswiththeconstitutioncrystalgrainsize，whichprovidesscientificbasisforthematerialdistortionmechanismresearchandthematerialdesign．Keywords：yieldstress；crystalgrainsize；alloyintensity；Hall—Perchrelationsh

4、ip研究金属的强度和晶粒大小的定量关系，蓿先是从研究金属的解离强度开始，继HallC1]研究了锌的解离强度积晶粒大小的关系后，Petch[2】也用实验证瞩，软钢和铁在一196℃的解离强度和晶粒大小之间有下列关系：吼=ao+kcd～1／2,其中do和k。是常数。对镪和铁中憋下屈服点d。稻燕羧太小也番关系式：a。=印+k。d一1／2，同样适用于钼(引、铌(引、钽[引、铬剐、钒(7l、辐照后的铜㈣以及一些铜合金(9]，且镪对这两式大致相同。大量实验涯嚷￡￡lo}不仪下屈服点，流变应力of和晶粒大小也有类似关系式：df—00十kid-1／2,这里加工硬化a

5、O将随应变的增趣丽增糯。根据单晶和多晶材料位错塞积理论总结出来的材料屈服强度(或硬度)与鼹粒尺寸的关系，即霍尔一佩鸯(Hall—Petch)公式【llj：ds=oo+kd一1／2(1)晶粒缯化对强度的影响就是通过H—P关系式进行描述的，其中魄为室瀣屈服强度％．2'通常可用显微硬度Hv代替，0"0为移动单个位错所需克服的点阵摩擦力，主要决定予照体结构稻位错密度，d收稿日期．2008—04—01为平均晶粮直径，k=(2Aa。)1／2【撩】，<其幸冁为理论剪切强度；潞材料属于螺旋位错时，A=Gb／2n，当材料属于边缘位错时，A=Gb／2[霄(1一v)][

6、131；G为剪甥模量；v为涫松眈；b为Burgers矢黧)。不难猎如，00和k值的大小直接决定细晶强化的效果。魏用硬度表示，H—P式也可改写成：Hv=Ho+kd一1／2(2)式中：Hv为材料的显微硬度；Ho和k对不同材料分别为不阕的常数。这曾是长期以来提嵩金属材料强度酶指导规德之一。从文献【Ht蝤j中可觅蘧服J陂力或显微硬度中k值(即屈服应力随d1／2变化的溺数曲线的斜率)显然与材料所包含的缺陷及材料表面的光潘度等有关，并与韦

7、料的密度有直接关系。lHall—Petch关系的相关机理如果H—P关系成立，贝ll材料的屈服力或硬度与d_1／2之间为线性

8、关系，直线斜率大于零。图1为Hv与d之闻的关系。显然，强度不随晶粒尺寸减小丽无限增加，理论上，材料完整晶须的强度可视为}{一P关系的上限。此外，在晶粒很小时，晶界处任何弛豫过程均可楚强度下降；同时，著晶粒小裂不毙容万方数据·60-路君，曾小勤，丁文江：晶粒度与合金强度关系2008年第8期纳一个位错时，H—P关系将不再成立，此即图中d

9、b／(1一v)H，式中，G为切变模量，b为Burgers矢量，v为Poisson比，H为显微硬度。原则上，囊d