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金屬材料的四種強化方式
發(fā)布時(shí)間:2024-08-18 22:34:18瀏覽次數:

一、形變強化(或應變強化,加工硬化)

金屬材料的四種強化方式(圖3)

01

定義

材料屈服以后,隨變形程度的增加,材料的強度、硬度升高,塑性、韌性下降的現象叫形變強化或加工硬化。

02

機理

隨著(zhù)塑性變形的進(jìn)行,位錯密度不斷增加,因此位錯在運動(dòng)時(shí)的相互交割加劇,結果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結等障礙,使位錯運動(dòng)的阻力增大,引起變形抗力增加,給繼續塑性變形造成困難,從而提高金屬的強度

規律:變形程度增加,材料的強度、硬度升高,塑性、韌性下降,位錯密度不斷增加,根據公式金屬材料的四種強化方式(圖4),可知強度與位錯密度ρ的二分之一次方成正比,位錯的伯氏矢量b越大,強化效果越顯著(zhù)。

03

方法

冷變形,比如冷壓、滾壓、噴丸等。

04

例子

冷拔鋼絲可使其強度成倍增加。

05

形變強化的實(shí)際意義(利與弊)

(1)利:

① 形變強化是強化金屬的有效方法,對一些不能用熱處理強化的材料,可以用形變強化的方法提高材料的強度,可使強度成倍的增加。

② 是某些工件或半成品加工成形的重要因素,使金屬均勻變形,使工件或半成品的成形成為可能,如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形。

③ 形變強化還可提高零件或構件在使用過(guò)程中的安全性,零件的某些部位出現應力集中或過(guò)載現象時(shí),使該處產(chǎn)生塑性變形,因加工硬化使過(guò)載部位的變形停止從而提高了安全性。

(2)弊:

① 形變強化也給材料生產(chǎn)和使用帶來(lái)麻煩,變形使強度升高、塑性降低,始繼續變形帶來(lái)困難,需要消耗更多的功率。

② 為了能讓材料繼續變形,中間需要進(jìn)行再結晶退火,使材料可以繼續變形而不至開(kāi)裂,增加了生產(chǎn)成本。

金屬材料的四種強化方式(圖5)
金屬材料的四種強化方式(圖6)


二、固溶強化

金屬材料的四種強化方式(圖7)

01

定義

隨溶質(zhì)原子含量的增加,固溶體的強度、硬度升高,塑性、韌性下降的現象叫固溶強化。

02

機理

(1) 溶質(zhì)原子的溶入,使固溶體的晶格發(fā)生畸變,對滑移面上運動(dòng)的位錯有阻礙作用。

(2) 位錯線(xiàn)上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團對位錯起釘扎作用,增加了位錯運動(dòng)的阻力。

(3) 溶質(zhì)原子在層錯區的偏聚阻礙擴展位錯的運動(dòng)。所有阻礙位錯運動(dòng),增加位錯移動(dòng)阻力的因素都可使強度提高。

03

規律

在固溶體溶解度范圍內,合金元素的質(zhì)量分數越大,則強化作用越大

溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大,強化效果越顯著(zhù)。

③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強化作用大于形成置換固溶體的元素

溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數相差越大,強化作用越大。

04

方法

合金化,即加入合金元素。

05

例子

銅鎳合金的強度大于銅和鎳純金屬的強度。

金屬材料的四種強化方式(圖8)
金屬材料的四種強化方式(圖9)


三、細晶強化

金屬材料的四種強化方式(圖10)

01

定義

隨晶粒尺寸的減小,材料的強度、硬度升高,塑性、韌性也得到改善的現象稱(chēng)為細晶強化。

02

機制

其原理在于晶界對位錯滑移的阻滯效應。對于多晶體來(lái)說(shuō),位錯運動(dòng)必須克服晶界的阻力,這是由于晶界兩側位錯的取向不同,所以在某一個(gè)晶粒中,滑移的位錯不能直接穿越晶界進(jìn)入相鄰的晶粒,只有在晶界處塞積了大量的位錯后引起應力集中,才能激發(fā)相鄰晶粒中已有位錯的運動(dòng)產(chǎn)生滑移。所以晶粒越細,材料的強度就越高。

03

規律

晶粒越細,晶界面積越大,根據霍爾-佩奇公式金屬材料的四種強化方式(圖11),晶粒的平均直徑d越小,材料的屈服強度σs越高

04

細化晶粒的方法

①結晶過(guò)程中可以通過(guò)增加過(guò)冷度,變質(zhì)處理,振動(dòng)及攪拌增加形核率來(lái)細化晶粒;

②對于冷變形的金屬可以通過(guò)控制變形度、退火溫度來(lái)細化晶粒;

③可以通過(guò)正火、退火的熱處理方法細化晶粒;

④可以在鋼中加入合金元素,形成新相從而抑制晶粒長(cháng)大。

金屬材料的四種強化方式(圖12)
金屬材料的四種強化方式(圖13)


四、第二相強化

金屬材料的四種強化方式(圖14)

01

定義

在金屬基體中還存在另外一個(gè)或幾個(gè)其他的相,這些相的存在使金屬的強度得到提高。因獲得第二相的工藝不同,第二相強化分為:①沉淀強化:通過(guò)相變熱處理獲得第二相②彌散強化:通過(guò)粉末燒結或內氧化獲得第二相。

02

機制

位錯在運動(dòng)過(guò)程中遇到第二相,需要繞過(guò)或切過(guò)第二相,從而第二相阻礙了位錯的運動(dòng),使得材料的強度提高。

03

例子

鋼中滲碳體的存在使鋼的強度得到提高

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