资源描述：
《金属材料的强化方法_细晶强化_沉淀强化_固溶强化_第二相强化_形变强化.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、金属的五种强化机制及实例1 固溶强化(1)纯金属加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低,这个现象称为固溶强化。（2）固溶强化的机制是:金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的,故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大,从而使材料强化。合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后,不仅使晶格发生畸变,同时使位错密度增加。畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用,使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。位错滑移时必须克服气团的钉扎作用,带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来,使位错滑移所需的切应
2、力增大。（3）实例：表1列出了几种普通黄铜的强度值,它们的显微组织都是单相固溶体,但含锌量不同,强度有很大差异。在以固溶强化作为主要强化方法时,应选择在基体金属中溶解度较大的组元作为合金元素,例如在铝合金中加入铜、镁;在镁合金中加入铝、锌;在铜合金中加入锌、铝、锡、镍;在钛合金中加入铝、钒等。表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)对同一种固溶体,强度随浓度增加呈曲线关系升高,见图1。在浓度较低时,强度升高较快,以后渐趋平缓,大约在原子分数为50%时达到极大值。以普通黄铜为例:H96的含锌量为4%,σb为240MPa,与
3、纯铜相比其强度增加911%;H90的含锌量为10%,σb为260MPa,与H96相比强度仅提高813%。2 细晶强化(1)晶界上原子排列紊乱,杂质富集,晶体缺陷的密度较大,且晶界两侧晶粒的位向也不同,所有这些因素都对位错滑移产生很大的阻碍作用,从而使强度升高。晶粒越细小,晶界总面积就越大,强度越高,这一现象称为细晶强化。(2)细晶强化机制：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为
4、细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。(3)实例：ZG35CrMnSi钢强化工艺工件铸造后经过完全退火,正火,再进行亚温淬火加高温回火热处理。该工艺处理的主要好处在于提高了本工件的强度和韧性。分析如下：亚温淬火在原奥氏体晶界上形成细小的奥氏体晶粒，奥氏体面积也变大了数倍；杂质在晶界偏析较少，可以细化晶粒和减少晶界偏析；加热温度较低，晶粒长大倾向小，实际晶粒较细；淬火时，马氏体被细化，而且细小晶粒的交界面曲折多弯，
5、可以阻挡裂纹的扩展，两相区淬火时碳化物的析出过程及碳化物的形态不同于普通淬火，可减轻回火脆性提高冲击韧度同时亚温淬火采取水冷，冷速的提高也使晶粒得到细化。所以亚温淬火在保持抗拉强度不变的情况下，可提高冲击韧度。由于亚温淬火，存在一部分未溶铁素体，可以提高材料整体的塑性。由以上分析可知，ZG35CrMnSi钢强化手段主要有细晶强化，第二相强化和位错强化。3 形变强化（1）随着塑性变形量的增加，金属流变强度也增加，这种现象称为形变强化。形变强化亦称为冷变形强化、加工硬化和冷作硬化。(2)形变强化的机理是:冷变形后金属内部
6、的位错密度将大大增加,且位错相互缠结并形成胞状结构(形变亚晶),它们不但阻碍位错滑移,而且使不能滑移的位错数量剧增,从而大大增加了位错滑移的难度并使强度提高。（3）例如高温形变淬火钢及其经形变硬化的效果。4 弥散强化(1)材料通过基体中分布有细小弥散的第二相细粒而产生强化的方法，称为弥散强化。弥散强化亦称第二相强化或沉淀强化。第二相是通过加入合金元素然后经过塑性加工和热处理形成,也可通过粉末冶金等方法获得。第二相大都是硬脆、晶体结构复杂、熔点较高的金属化合物,有时是与基体相不同的另一种固溶体。第二相的存在一般都使合金
7、的强度升高。只有当第二相强度较高时,合金才能强化。如果第二相是难以变形的硬脆相,合金的强度主要取决于硬脆相的存在情况。当第二相呈等轴状且细小均匀地弥散分布时,强化效果最好;当第二相粗大、沿晶界分布或呈粗大针状时,不但强化效果不好,而且合金明显变脆。如果第二相十分细小,并且弥散分布在基体相晶粒中,称为弥散分布型多相合金。经过淬火+时效处理的铝合金、经过淬火+时效处理的钛合金、以及许多高温合金和粉末合金均属于这类合金。(2)其强化机制是:由于第二相微粒的晶体结构与基体相不同,当位错切过微粒时必然在其滑移面上造成原子排列错
8、配,增加了滑移阻力。另外每个位错切过微粒时,均使微粒产生宽度为位错柏氏矢量的表面台阶,增加了微粒与基体间的界面积,需要相应的能量。微粒周围的弹性应力场与位错产生交互作用,将增加位错滑移的阻力。微粒的弹性模量与基体不同,如果微粒的弹性模量较大,也将使位错滑移的阻力增大。最后,微粒尺寸和体积分数对合金的强度也有影响,增大微粒尺寸和体积分数,都有利于
