晶粒度与合金强度关系.pdf

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1、DOI:10.13662/j.cnki.qjs.2008.08.0052008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室,上海200030)摘要:研究了晶粒度与合金强度之间关系,通过各种材料的屈服应力、显微硬度等力学性能及其与构成晶粒度之间的关系,从理论上分析了规律产生的原因,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;晶粒尺寸;合金强度;Hall-Petch关系中图分类号:TG113.25文献标识码:A文章编号:1002-1752(2008)08-59-6TheHall-Pe

2、tchrelationshipLUJun,ZENGXiao-qin,DINGWen-jiang(KeyStateLaboratoryofMetalMatrixComposte,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Thisarticlehasstudiedtherelationshipofcrystalgrainsizeandthealloyintensity,ittheoreticallyanalyzesthereasonwhichtheruleproducesbytherelationsbet

3、weeneachkindofmaterialyieldstress,themicrohardnessequipollentstudyperformanceanditswiththeconstitutioncrystalgrainsize,whichprovidesscientificbasisforthematerialdistortionmechanismresearchandthematerialdesign.Keywords:yieldstress;crystalgrainsize;alloyintensity;Hall-Petchrelationship1/2〔1

4、2〕研究金属的强度和晶粒大小的定量关系,首先为平均晶粒直径,k=(2Aσc),(其中σc为理论〔1〕是从研究金属的解离强度开始,继Hall研究了锌剪切强度;当材料属于螺旋位错时,A=Gb/2π,当〔2〕材料属于边缘位错时,A=Gb/2〔π(1-v)〕〔13〕;G为的解离强度和晶粒大小的关系后,Petch也用实验证明,软钢和铁在-196℃的解离强度和晶粒大小之剪切模量;v为泊松比;b为Burgers矢量)。不难间有下列关系:σc=σ0+kcd-1/2,其中σ0和kc是常看出,σ0和k值的大小直接决定细晶强化的效果。数。对钢和铁中的下屈服点σy和晶粒大小也有关如用硬度表示,H

5、-P式也可改写成:-1/2-1/2〔3〕〔4〕Hv=Ho+kd⑵系式:σy=σ0+kyd,同样适用于钼、铌、〔5〕6〕〔7〕〔8〕〔9〕式中:Hv为材料的显微硬度;Ho和k对不同材钽、铬、钒、辐照后的铜以及一些铜合金,〔6,10〕料分别为不同的常数。这曾是长期以来提高金属材且σ0对这两式大致相同。大量实验证明不仅〔14,15〕料强度的指导规律之一。从文献中可见屈服下屈服点,流变应力σf和晶粒大小也有类似关系-1/2应力或显微硬度中k值(即屈服应力随d变化的-1/2式:σf=σ0+kfd,这里加工硬化σ0将随应变的增函数曲线的斜率)显然与材料所包含的缺陷及材料加而增加。表面

6、的光洁度等有关,并与材料的密度有直接关系。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)与晶粒尺寸的关系,即霍尔1Hall-Petch关系的相关机理〔11〕-佩奇(Hall-Petch)公式:如果H-P关系成立,则材料的屈服力或硬度-1/2σs=σ0+kd⑴与d-1/2之间为线性关系,直线斜率大于零。图1为晶粒细化对强度的影响就是通过H-P关系式Hv与d之间的关系。显然,强度不随晶粒尺寸减小进行描述的,其中σs为室温屈服强度σ0.2,通常可用而无限增加,理论上,材料完整晶须的强度可视为H显微硬度Hv代替,σ0为移动单个位错所需克服的-P关系的上限。此外,在

7、晶粒很小时,晶界处任何点阵摩擦力,主要决定于晶体结构和位错密度,d弛豫过程均可使强度下降;同时,若晶粒小到不能容收稿日期:2008-04-01·60·路君,曾小勤,丁文江:晶粒度与合金强度关系2008年第8期1/2纳一个位错时,H-P关系将不再成立,此即图中d积的虚裂纹前,应力的增加也与因子d成正比。