六 二相強(qiáng)化PPT課件

.,1,第六章第二相強(qiáng)化,.,2,目錄,第一節(jié)第二相強(qiáng)化機(jī)制的分類第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制第四節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),.,3,第一節(jié)第二相強(qiáng)化機(jī)制的分類,.,4,一、第二相強(qiáng)化的概念,第二相強(qiáng)化：由于彌散分布于基體中的第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而引起的強(qiáng)化。,例如，Al合金時(shí)效硬化過程：固溶+水淬+時(shí)效,欠時(shí)效：峰時(shí)效：過時(shí)效：,第二相強(qiáng)化機(jī)制就是要解釋：為什么隨著組織的變化，會(huì)產(chǎn)生性能的變化？,第一節(jié)第二相強(qiáng)化機(jī)制的分類,Al-Mg-Si合金中的析出相和晶界無析出帶,Al-Mg-Si合金性能隨時(shí)效時(shí)間的變化,.,7,可變形粒子強(qiáng)化：位錯(cuò)切過第二相粒子所引起的強(qiáng)化作用（切過機(jī)制），與粒子特性有關(guān)；不可變形粒子強(qiáng)化：位錯(cuò)繞過第二相粒子所引起的強(qiáng)化作用（繞過機(jī)制），與粒子特性無關(guān)；,二、第二相粒子,沉淀相粒子：合金時(shí)效析出的粒子；彌散相粒子：人工加入的粒子（粉末冶金，內(nèi)氧化法）；,可變形粒子：位錯(cuò)可切過的粒子（欠時(shí)效和峰時(shí)效析出的粒子）；不可變形粒子：位錯(cuò)不可切過的粒子（過時(shí)效析出的粒子，彌散相粒子）；,三、強(qiáng)化機(jī)制,沉淀相強(qiáng)化：指析出相引起的強(qiáng)化，主要指欠時(shí)效和峰時(shí)效引起的強(qiáng)化；彌散相強(qiáng)化：彌散相粒子產(chǎn)生的強(qiáng)化；,第一節(jié)第二相強(qiáng)化機(jī)制的分類,.,8,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,可變形粒子的特點(diǎn)：,（1）與基體共格；（2）位錯(cuò)可以切過。,（可變形粒子強(qiáng)化機(jī)制）,.,9,把第二相粒子視作一個(gè)錯(cuò)配球，其應(yīng)力應(yīng)變場與位錯(cuò)的彈性交互作用。,Al-Cu合金中的GP區(qū),第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,或者：,常數(shù)；常數(shù)，對于刃型位錯(cuò)=3，對于螺形位錯(cuò)=1；共格切應(yīng)變；體積份數(shù)；沉淀相粒子間距；沉淀相粒子直徑。,臨界切應(yīng)力（增量）：,一、共格應(yīng)變強(qiáng)化,.,10,化學(xué)強(qiáng)化作用著眼于位錯(cuò)切過第二相粒子后形成新界面所引起的強(qiáng)化。,化學(xué)強(qiáng)化機(jī)制對于薄片狀析出相比較重要，因?yàn)槲诲e(cuò)切過會(huì)引起較大的表面積增量。,化學(xué)強(qiáng)化所引起的臨界切應(yīng)力（增量）可以表達(dá)為：,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,二、化學(xué)強(qiáng)化作用,.,11,位錯(cuò)切過有序相粒子，產(chǎn)生APB（反向疇界），使系統(tǒng)能量升高而造成的強(qiáng)化。,沉淀相為金屬間化合物時(shí)，呈現(xiàn)有序點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，且與基體保持共格關(guān)系。,有序強(qiáng)化所引起的臨界切應(yīng)力（增量）為：,三、有序強(qiáng)化,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,.,12,第二相粒子的彈性模量與基體的彈性模量不同，使位錯(cuò)切過粒子時(shí)自身的能量發(fā)生了變化，從而引起的強(qiáng)化效應(yīng)，稱之為模量強(qiáng)化。,位錯(cuò)線進(jìn)入硬粒子時(shí)，能量升高；位錯(cuò)線進(jìn)入軟粒子時(shí)，能量降低。,模量強(qiáng)化所導(dǎo)致的臨界切應(yīng)力（增量）為：,這種強(qiáng)化機(jī)制在Al-Li合金中起著重要作用。,四、模量強(qiáng)化,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,.,13,當(dāng)沉淀相粒子中層錯(cuò)能遠(yuǎn)小于基體時(shí)，產(chǎn)生的臨界切應(yīng)力（增量）為：,層錯(cuò)強(qiáng)化主要適用于：密排點(diǎn)陣，以形成擴(kuò)展位錯(cuò)；沉淀相粒子與基體之間的層錯(cuò)能差異較大。,五、層錯(cuò)強(qiáng)化,層錯(cuò)強(qiáng)化：第二相粒子的層錯(cuò)能與基體的層錯(cuò)能不同時(shí)，會(huì)引起擴(kuò)展位錯(cuò)能量的改變，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的阻礙。,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,.,14,P-N力強(qiáng)化：第二相粒子的P-N力大于與基體的P-N力時(shí)引起位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大。,P-N力強(qiáng)化所產(chǎn)生的臨界切應(yīng)力（增量）為：,強(qiáng)化效果正比于沉淀相與基體的強(qiáng)度差。,六、派納（P-N）力強(qiáng)化,第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,.,15,總體上來說，以上六種強(qiáng)化為可變形粒子有可能引起的基本強(qiáng)化機(jī)制。對于不同體系而言，可能是其中的一種或兩種起作用。而且體積份數(shù)越大，尺寸越大，強(qiáng)化效果越明顯。,例如，Al-Li合金中，由于相非常細(xì)小，共格應(yīng)變強(qiáng)化效果很小。此時(shí)，有序強(qiáng)化和模量強(qiáng)化占主導(dǎo)地位。,一般來說，共格應(yīng)變強(qiáng)化起主要作用。但是，也有一些例外的情況。,？問題：如何知道一個(gè)相的共格應(yīng)變是大還是小呢？,小結(jié),第二節(jié)沉淀強(qiáng)化機(jī)制,.,16,第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制,（不可變形粒子強(qiáng)化機(jī)制）,不可變形粒子的特點(diǎn)：,（1）彈性模量遠(yuǎn)高于基體的彈性模量；（2）與基體非共格。,這種特點(diǎn)決定了位錯(cuò)只能繞過第二相，且阻力主要來源于：,位錯(cuò)線弓彎所需的力；加工硬化率的明顯升高；第二相粒子與基體變形的不協(xié)調(diào)（輔助作用）。,.,17,1.彌散強(qiáng)化模型(Orawan模型)：,第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制,一、Orawan公式,有兩個(gè)因素沒有考慮：,起初，人們利用這個(gè)公式的計(jì)算值作為第二相粒的臨界切應(yīng)力。但后來發(fā)現(xiàn)，它比實(shí)際值小得多。,粒子尺寸；界面對位錯(cuò)線的排斥作用。,.,18,（一般取x0.1D）,但計(jì)算結(jié)果仍然比實(shí)際測量值低。還要修正。,第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制,一、Orawan公式,2.有效粒子尺寸的確定,.,19,又,位錯(cuò)繞過粒子的臨界條件是：,又，取R3D時(shí)與實(shí)際測量值符合得很好，,第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制,二、Orawan公式的修正,.,20,粒子與基體切變不協(xié)調(diào)對強(qiáng)化的影響：由于臨界切應(yīng)力僅僅與起始塑性變形有關(guān)，可以考慮兩相在彈性變形階段的不協(xié)調(diào)性。而彈性階段的不協(xié)調(diào)性只產(chǎn)生力，并不產(chǎn)生錯(cuò)配位錯(cuò)。,第三節(jié)彌散強(qiáng)化機(jī)制,三、Orawan公式的進(jìn)一步修正,硬粒子與基體彈性變形不協(xié)調(diào)性模型：在外力作用下，無顆粒時(shí)，孔將發(fā)生變形；有硬粒子時(shí)，基體產(chǎn)生變形，維持界面的連續(xù)性；變形不協(xié)調(diào)性的結(jié)果：引起與外力應(yīng)力相反的切應(yīng)力,反,.,21,第四節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),.,22,1、可變形粒子強(qiáng)化對材料塑性的影響,（1）屈服強(qiáng)度明顯提高,析出相沉淀于位錯(cuò)線上，給位錯(cuò)啟動(dòng)造成阻力，從而使位錯(cuò)臨界切應(yīng)力提高，即切過機(jī)制造成的臨界切應(yīng)力提高。,位錯(cuò)切過阻力逐漸降低；沉淀相粒子使位錯(cuò)平面塞積的可能性降低。從而造成加工硬化率下降。,由于粒子很細(xì)小，且與基體共格；所以，可變形粒子強(qiáng)化對局部延伸率影響不大?？傮w來說，使材料塑性迅速下降。,一、第二相粒子強(qiáng)化對材料塑性的影響,第五節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),上述兩個(gè)特點(diǎn)造成均勻延伸率下降；,.,23,位錯(cuò)繞過阻力逐漸升高；第二相粒子使位錯(cuò)平面塞積的可能性增大。,從而使均勻延伸率升高；由于粒子與基體結(jié)合性不好，使局部延伸率下降；總體來說，使材料塑性比固溶體下降，但比欠時(shí)效和峰時(shí)效態(tài)塑性高。,第五節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),2、不可變形粒子強(qiáng)化對材料塑性的影響,一、第二相粒子強(qiáng)化對材料塑性的影響,.,24,1、可變形粒子強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）,最主要的就是增加析出相的體積份數(shù)。,（1）提高固溶溫度，增加淬火速度；（2）快速凝固（從液相）；（3）利用同類異構(gòu)轉(zhuǎn)變（奧氏體淬火為過飽和馬氏體）。,例如，馬氏體時(shí)效鋼是目前強(qiáng)度最高的金屬（4GPa），其原因何在？,（1）形變時(shí)效形成高密度位錯(cuò)，使析出相在位錯(cuò)處形核；（2）分級(jí)時(shí)效低溫下形成高密度的晶核，高溫下再生長。,二、第二相粒子強(qiáng)化機(jī)制的利用,第五節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),增加溶質(zhì)原子的過飽和度,選應(yīng)合適的時(shí)效工藝,成分：Fe18Ni10MoCo合金，C0.02%（越少越好）；基本組織：板條馬氏體（尺寸細(xì)小的板條，內(nèi)部為高密度的位錯(cuò)）；為高過飽和度的固溶體，時(shí)效析出Ni3Mo沉淀相；綜合了細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化三種機(jī)制，使材料強(qiáng)度極高。,.,25,提高過飽和度，以便析出大量的金屬間化合物；粉末冶金變形；采用納米顆粒,總會(huì)導(dǎo)致材料的早期失效：主要原因在于粒子太大，分布不均勻。,相同體積分?jǐn)?shù)時(shí)，比可變形粒子強(qiáng)化率高得多；體積份數(shù)小于1時(shí)，細(xì)小彌散的硬粒子也能達(dá)到強(qiáng)化效果。,（1）強(qiáng)化效果好,第五節(jié)第二相粒子強(qiáng)化的特點(diǎn),（2）改善方法是細(xì)化粒子，分散粒子：,2、不可變形粒子強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化）,二、第二相粒子強(qiáng)化機(jī)制的利用,.,26,復(fù)習(xí)要點(diǎn),第一章（1）位錯(cuò)的概念、分類及特點(diǎn)；（2）位錯(cuò)應(yīng)力-應(yīng)變場特點(diǎn)及彈性能計(jì)算；（3）作用在位錯(cuò)線上的力的特點(diǎn)及典型位錯(cuò)交互作用；（4）了解位錯(cuò)與界面交互作用的特點(diǎn)及鏡像位錯(cuò)的概念。,第二章（1）P-N模型和P-N力；（2）全位錯(cuò)、部分為錯(cuò)、層錯(cuò)、擴(kuò)展為錯(cuò)的概念及Thompson記號(hào)；（3）位錯(cuò)鎖、壓桿位錯(cuò)、面角位錯(cuò)形成機(jī)制；（4）層錯(cuò)四面體形成機(jī)制。,第三章（1）位錯(cuò)增殖機(jī)制；（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力及流變應(yīng)力表達(dá)式的推導(dǎo)；（3）Orawan公式及屈服現(xiàn)象分析；（4）孿生及位錯(cuò)強(qiáng)化的特點(diǎn)。,第四章（1）晶界的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；（2）晶界強(qiáng)化模型及Hall-Petch公式推導(dǎo)；（3）晶界強(qiáng)化的特點(diǎn)及利用