金屬材料的強(qiáng)化

1、第三章第三章 金屬材料的強(qiáng)化金屬材料的強(qiáng)化一、金屬材料的基本強(qiáng)化途徑一、金屬材料的基本強(qiáng)化途徑1、離子晶體和共價(jià)晶體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系、離子晶體和共價(jià)晶體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力離子晶體和共價(jià)晶體離子晶體和共價(jià)晶體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系l 許多離子晶體和共價(jià)晶體受力后直到斷裂，其變形都屬于彈性變形；l 幾乎沒有塑性變形，l 這些材料的沖擊功很?。籰 應(yīng)用受到極大的限制（如陶瓷Al2O3、ZrO2、Si3N4等）。2、金屬材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系、金屬材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系l 它在斷裂前通常有大量塑性變形；l 實(shí)驗(yàn)證明：這種變形是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面與晶向的相對(duì)滑動(dòng)。%

2、100001llla.表示兩個(gè)相鄰的滑表示兩個(gè)相鄰的滑移面受切應(yīng)力作用移面受切應(yīng)力作用b.表示滑移的一個(gè)過表示滑移的一個(gè)過渡態(tài)（或亞穩(wěn)態(tài)）渡態(tài)（或亞穩(wěn)態(tài)）c.表示經(jīng)過表示經(jīng)過b.態(tài)到達(dá)態(tài)到達(dá)另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)3、晶體屈服強(qiáng)度的估算、晶體屈服強(qiáng)度的估算 假定晶體的滑移是剛性（整體）的，根據(jù)塑性變形是由某些晶面相對(duì)滑動(dòng)的事實(shí)，可以估算出晶體的屈服強(qiáng)度：l 晶體從一穩(wěn)定狀態(tài)a，經(jīng)過亞穩(wěn)狀態(tài)b，到達(dá)另一穩(wěn)定狀態(tài)c，這樣一個(gè)滑動(dòng)的結(jié)果使晶面相對(duì)滑動(dòng)了一個(gè)原子距離;l 亞穩(wěn)狀態(tài)b時(shí)，兩晶面的相對(duì)切應(yīng)變=a/2a=1/2;l 當(dāng)所加切應(yīng)力使兩晶面切應(yīng)變到達(dá)此值后，晶面就能自動(dòng)地滑到最終的穩(wěn)定態(tài)。根據(jù)虎

3、克定律，要發(fā)生=1/2切應(yīng)變所需的切應(yīng)力為： =G=G/2 如果把晶面能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的最小切應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度的估算，那么屈服強(qiáng)度大約為切變模量的一半。 但是，實(shí)際上，晶體滑移臨界應(yīng)力只是10-310-4G,因此，實(shí)際的屈服強(qiáng)度是理論估算的10-3 10-4倍。 舉例：使銅單晶剛性滑移的最小切應(yīng)力（計(jì)算值）為1540MPa, 而實(shí)際測定值僅為1MPa。l 各種金屬的這種理論強(qiáng)度與實(shí)際測定值均相差34個(gè)數(shù)量級(jí)；l 這兩者的巨大差異，不能否定晶體滑移的事實(shí)（因?yàn)槭菍?shí)驗(yàn)結(jié)果?。籰 迫使人們?nèi)ヌ角缶w滑移的微觀機(jī)理問題，即金屬晶體滑移的機(jī)理是什么？；l 20世紀(jì)20年代，泰勒等人提出的位錯(cuò)理論解釋了這

4、種差異。3、金屬材料滑移（塑性變形）的微觀機(jī)理是存在位金屬材料滑移（塑性變形）的微觀機(jī)理是存在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)（1）位錯(cuò)是實(shí)際晶體中存在的真實(shí)缺陷，現(xiàn)在可以直接利用高分辨透射電鏡觀察，如下圖所示，右邊是一個(gè)位錯(cuò)模型。（2）下圖分別表示一刃型位錯(cuò)與一螺型位錯(cuò)參與滑移過程；（3）位錯(cuò)在力的作用下向右的滑移，最終移出表面而消失。由于只需沿滑移面AA改變近鄰原子的位置即可實(shí)現(xiàn)滑移，因此，所需的力很小，上述過程很易進(jìn)行。 TEM下觀察到的位錯(cuò)下觀察到的位錯(cuò) 位錯(cuò)模型位錯(cuò)模型正刃型位錯(cuò)引起滑移刃型位錯(cuò)線刃型位錯(cuò)線負(fù)刃型位錯(cuò)引起滑移左螺型位錯(cuò)引起滑移螺型位錯(cuò)線螺型位錯(cuò)線右螺型位錯(cuò)引起滑移4、金屬中位錯(cuò)數(shù)量與強(qiáng)

5、度的關(guān)系、金屬中位錯(cuò)數(shù)量與強(qiáng)度的關(guān)系l 由上述的分析可知，金屬晶體中的位錯(cuò)數(shù)量愈少，則其強(qiáng)度愈高； 舉例：現(xiàn)在已經(jīng)能制造出位錯(cuò)數(shù)量極少的金屬晶體，其實(shí)測強(qiáng)度值接近理論強(qiáng)度值。這種晶體的直徑在1m數(shù)量級(jí)，稱之為晶須晶須。l 由位錯(cuò)參與塑性變形過程似乎可以得到另一結(jié)論，即金屬中位錯(cuò)愈多，滑移過程愈易于進(jìn)行，其強(qiáng)度也愈低。事實(shí)并不是這樣，如下圖所示。 位錯(cuò)和其它畸變的密度位錯(cuò)和其它畸變的密度金屬材料的強(qiáng)度金屬材料的強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論強(qiáng)度晶須強(qiáng)度晶須強(qiáng)度實(shí)際金屬強(qiáng)度實(shí)際金屬強(qiáng)度純金屬純金屬強(qiáng)化金屬強(qiáng)化金屬l 可見，僅僅是在位錯(cuò)密度增加的初期，金屬的實(shí)際強(qiáng)度下降；l 位錯(cuò)密度繼續(xù)增大，則金屬晶體的強(qiáng)度又上

6、升。 這是因?yàn)槲诲e(cuò)密度繼續(xù)增加時(shí)，位錯(cuò)之間會(huì)產(chǎn)生相互作用：1）應(yīng)力場引起的阻力，如位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積，當(dāng)大量位錯(cuò)從一個(gè)位錯(cuò)源中產(chǎn)生并且在某個(gè)強(qiáng)障礙（晶界、析出物等）面前停止的時(shí)候就構(gòu)成了位錯(cuò)的塞積；2）位錯(cuò)交截所產(chǎn)生的阻力；3）形成割階割階引起的阻力（兩個(gè)不平行柏氏矢量的位錯(cuò)在交截過程中在一位錯(cuò)上產(chǎn)生短位錯(cuò)）；4）割階運(yùn)動(dòng)引起的阻力。 5、流變應(yīng)力、流變應(yīng)力l 金屬受力變形達(dá)到斷裂之前，其最大強(qiáng)度由兩部分構(gòu)成：（1）一是未變形金屬的流變應(yīng)力流變應(yīng)力l，即宏觀上為產(chǎn)生微量塑性變形所需要的應(yīng)力。 流變應(yīng)力的大小決定于位錯(cuò)的易動(dòng)性：1）晶體內(nèi)部滑移面上的位錯(cuò)源越容易動(dòng)作；2）運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在掃過晶體滑移面時(shí)

7、所受的阻力越小，則流變應(yīng)力越低。 (2) 其二是因應(yīng)變硬化產(chǎn)生的附加強(qiáng)度，它由塑性變形過程中應(yīng)變硬化速率 和塑性變形量 來決定。所以，在斷裂前的最大強(qiáng)度大致可按下式計(jì)算：ddlffldddl)(maxl 工程結(jié)構(gòu)材料主要是在彈性范圍內(nèi)使用的，因此，在構(gòu)件的設(shè)計(jì)和使用中，流變應(yīng)力的重要性更為突出；l 流變應(yīng)力的組成 對(duì)流變應(yīng)力有貢獻(xiàn)的阻力主要是兩類：1）抑制位錯(cuò)源開動(dòng)的應(yīng)力，稱之源硬化源硬化。2）前面談到的阻力是位錯(cuò)開始運(yùn)動(dòng)之后才起作用的，對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起著妨礙的作用，稱為摩擦阻力摩擦阻力。l 提高流變應(yīng)力的方法 為了提高含有位錯(cuò)的晶體的流變應(yīng)力所做的種種努力不外就是通過各種手段來增加這兩類阻力增

8、加這兩類阻力。 l 強(qiáng)化金屬材料的思路強(qiáng)化金屬材料的思路1）點(diǎn)陣阻力： 移動(dòng)位錯(cuò)使它從一個(gè)平衡位置滑移到下一個(gè)平衡位置之間的位壘所需的力，也就是在完整晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦阻力；2）點(diǎn)陣阻力對(duì)組織不敏感，它的大小主要決定于鍵合強(qiáng)度和點(diǎn)陣類型，其中共價(jià)鍵的點(diǎn)陣阻力最高，所以在諸如硅，金剛石之類的晶體中，點(diǎn)陣阻力構(gòu)成了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要障礙；3）對(duì)于金屬鍵結(jié)合的晶體，它的點(diǎn)陣阻力很小，不足以構(gòu)成對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要妨礙，在考慮流變應(yīng)力時(shí)可以把這個(gè)因素忽略的；4）除點(diǎn)陣阻力外，金屬材料中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力是隨組織的變化而大幅度變化的。一切合金化、加工和熱處理所引起的流變應(yīng)力的提高主要是依靠對(duì)組織敏感的阻力的變化來

9、實(shí)現(xiàn)的。l 提高金屬材料強(qiáng)度的方法是阻止金屬晶體中位錯(cuò)提高金屬材料強(qiáng)度的方法是阻止金屬晶體中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)1）在工業(yè)上尚不能制得大尺寸的、接近于理論強(qiáng)度的、無缺陷完整晶體；只能制晶須，但它性能不穩(wěn)定，存在一定數(shù)量位錯(cuò)時(shí)其強(qiáng)度急劇下降。2）設(shè)法改變合金的鍵合類型，從而提高金屬晶體內(nèi)的點(diǎn)陣阻力，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)增加困難；（沒有采沒有采用）用）3）設(shè)法在金屬中引入大量的晶體缺陷，大大增加設(shè)法在金屬中引入大量的晶體缺陷，大大增加位錯(cuò)之間、位錯(cuò)和其它晶體缺陷之間的交互作用，位錯(cuò)之間、位錯(cuò)和其它晶體缺陷之間的交互作用，從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致金屬抗變形能力被大大從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致金屬抗變形能力被大大提

10、高提高 這是通常強(qiáng)化的思路和方法這是通常強(qiáng)化的思路和方法。二、形變強(qiáng)化二、形變強(qiáng)化 舉例1：高強(qiáng)度冷拔鋼絲，它是工業(yè)上強(qiáng)度最高的鋼鐵制品，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到4000MPa, 這就是用強(qiáng)烈冷變形的方法取得的。 舉例2：下圖為冷變形對(duì)工業(yè)純銅性能的影響，隨變形量增大，銅的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度提高，而塑性下降。工程應(yīng)變工程應(yīng)變工程應(yīng)力工程應(yīng)力s ss s工程應(yīng)變工程應(yīng)變(Strain)(Stress)強(qiáng)度提高強(qiáng)度提高s純銅材料（純銅材料（Cu)工程力學(xué)工程力學(xué)l 從上述的現(xiàn)象中，說明形變可以強(qiáng)化金屬；它是對(duì)金屬材料常用的方法；l 適用對(duì)象是不再經(jīng)受熱處理并且使用溫度遠(yuǎn)低于再結(jié)晶溫度的金屬材料；l 強(qiáng)化的

11、原因強(qiáng)化的原因：在冷變形過程中，金屬內(nèi)位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)之間的交互作用加劇，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，從而導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度、硬度增加。這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化或加工硬化。形變強(qiáng)化的本質(zhì)在于，形變?cè)斐晌诲e(cuò)的大量增殖，位錯(cuò)之間的交互作用導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)愈加困難，從而使金屬強(qiáng)度增加。 家庭作業(yè)家庭作業(yè)：（1）冷變形金屬的組織特點(diǎn)？三、固溶強(qiáng)化三、固溶強(qiáng)化1、固溶強(qiáng)化的一般規(guī)律 異類原子加入純金屬基體中構(gòu)成固溶體后，其靜強(qiáng)度行為可概括為：l 在應(yīng)力應(yīng)變圖上，合金的流變應(yīng)力以及整個(gè)應(yīng)力應(yīng)變曲線都向上提升，合金的應(yīng)變強(qiáng)化能力一般比純金屬要高。固溶體固溶體純金屬純金屬應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)應(yīng)力力合金的應(yīng)變強(qiáng)合金的應(yīng)變強(qiáng)化能力比純金化能力比

12、純金屬要高屬要高l 在一般的稀固溶體中，流變（屈服）應(yīng)力隨溶質(zhì)濃度的變化可以用下式表示： 式中：-合金的流變應(yīng)力； 0純金屬的流變應(yīng)力； c-溶質(zhì)的原子濃度； k、m-常數(shù)，決定于基體和合金元素性質(zhì)。l 在同一基體中，不同溶質(zhì)元素溶解度的大小溶解度的大小鮮明地反映出它們強(qiáng)化效果的差異。在相同的濃度下，強(qiáng)度的增加是隨溶質(zhì)元素溶解度的倒數(shù)成正比。 mkc0如果進(jìn)一步分析，就會(huì)了解到溶質(zhì)和溶劑兩元素原子尺寸的不同，化學(xué)性質(zhì)的差異，電學(xué)性質(zhì)的區(qū)別等因素將直接地從本質(zhì)上影響（溶解度）固溶體的強(qiáng)度。l 固溶造成強(qiáng)化的簡單解釋固溶造成強(qiáng)化的簡單解釋1）假定溶質(zhì)原子在固溶體中是理想均勻分布的；2）由于兩類原子

13、在尺寸、化學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面的差異，在點(diǎn)陣中任何一個(gè)溶質(zhì)原子的周圍都存在彈性應(yīng)力場； 3）位錯(cuò)在通過這種具有內(nèi)應(yīng)力場的晶體點(diǎn)陣的時(shí)候自然需要克服更大的阻力。l 溶質(zhì)原子在固溶體中的分布是不均勻的1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如屈服現(xiàn)象）用溶質(zhì)原子均勻分布模型無法解釋；2） A-AA-BB-Baaaaabbb溶質(zhì)原子B加入溶劑中，由于兩種原子之間的鍵合力與相互之間的鍵合力不一樣，就會(huì)產(chǎn)生局部偏聚偏聚和有序有序的現(xiàn)象。3）實(shí)際晶體中存在著大量點(diǎn)陣缺陷、晶界和亞晶界、層錯(cuò)、位錯(cuò)等。這些缺陷影響所及的區(qū)域都是高能區(qū)域，為了降低系統(tǒng)的能量，溶質(zhì)原子有可能優(yōu)先分布在點(diǎn)陣缺陷的附近，形成晶界的內(nèi)吸附和位錯(cuò)周圍的原子氣團(tuán)

14、。l 全面解釋固溶強(qiáng)化的原因全面解釋固溶強(qiáng)化的原因（1）因溶劑和溶質(zhì)原子的尺寸差異而在固溶體內(nèi)引起的彈性應(yīng)力場。它除了增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力外，在“稀”的固溶體中突出地表現(xiàn)在對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用上（溶質(zhì)原子會(huì)在位錯(cuò)周圍形成原子氣團(tuán)，這種氣團(tuán)將能產(chǎn)生與屈服現(xiàn)象有關(guān)的一系列效應(yīng)，就象我們?cè)诘吞间撟冃螘r(shí)常常看到的那樣）。（2）由于溶質(zhì)原子的溶入，合金的彈性模量會(huì)發(fā)生變化，特別是在位錯(cuò)的周圍形成原子氣團(tuán)之后，彈性常數(shù)的變化使位錯(cuò)應(yīng)力場也發(fā)生變化，從而會(huì)引起位錯(cuò)和溶質(zhì)原子間更大的交互作用能；（3）電子濃度因素：電子濃度因素：電子對(duì)應(yīng)力場同樣是敏感的。在有彈性應(yīng)力場的晶體缺陷區(qū)域電子會(huì)較多地集中到張應(yīng)力地段，

15、這樣就產(chǎn)生了電偶極子的作用，溶質(zhì)原子與帶電荷的位錯(cuò)區(qū)域之間就有電交互作用，從而促使溶質(zhì)更傾向于在位錯(cuò)的周圍偏聚； （4）層錯(cuò)能比較低的晶體點(diǎn)陣中存在有堆垛層錯(cuò)，堆垛層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)與基體并不相同。異類原子溶入某基體后，除了層錯(cuò)能大小會(huì)變化，層錯(cuò)區(qū)的寬窄也跟著伸縮，從而使擴(kuò)張位錯(cuò)的分解或合成所需的外力也要變化外，溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)和基體的溶解度是不一樣的。晶體發(fā)生塑性變形時(shí)，當(dāng)擴(kuò)張位錯(cuò)沿滑移面平移的時(shí)候，以及它分解、合成、交集的時(shí)候，上述濃度的差異并不能和擴(kuò)張位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)作同步的變化。由于塑性變形破壞了這種熱力學(xué)的平衡，所以位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)同樣要求外界提供更大的能量。 5）結(jié)構(gòu)因素：）結(jié)構(gòu)因素：無論是短程有序的

16、還是偏聚狀態(tài)的固溶體，在塑性變形的同時(shí)，其有序區(qū)域或偏聚區(qū)域?qū)⒃獾狡茐?。引起這種穩(wěn)定狀態(tài)破壞的塑性變形是要付出更多的能量作為代價(jià)的。思考題: 何謂何謂“屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象”？為什么低碳鋼在變形時(shí)？為什么低碳鋼在變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？l 低碳鋼經(jīng)過退火后，位錯(cuò)受到強(qiáng)烈釘扎，位錯(cuò)密度也比較少；l 為了以一定的速度實(shí)現(xiàn)變形（變形速率），就需要位錯(cuò)有較高的運(yùn)動(dòng)速率，這就要求運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)受 較大的外力來保證。（運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的速度與所受力有一關(guān)系式）；l外力作用下位錯(cuò)大量脫釘和增殖時(shí)，位錯(cuò)密度就陡然增加；l若變形d/dt恒定，外應(yīng)力將不得不減小，以使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度降低；l這就是屈服現(xiàn)象產(chǎn)生的理由。四、

17、分散強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）四、分散強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）舉例：沉淀強(qiáng)化的例子鋁-銅合金的時(shí)效 時(shí)效時(shí)間，天時(shí)效時(shí)間，天硬硬度，度，HV時(shí)效溫度時(shí)效溫度部分鋁部分鋁- -銅相圖銅相圖1、在各種工業(yè)部門（特別是航空工業(yè)）中，高強(qiáng)度鋁合金已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。以鋁為基的材料取得高強(qiáng)度的基本途徑之一是依靠鋁的過飽和固溶體的時(shí)效硬化。 Al-0.4wt%Cu合金是通過時(shí)效處理時(shí)效處理獲得彌散強(qiáng)化效果的典型例子。 時(shí)效處理經(jīng)過三個(gè)步驟：l固溶，首先將合金加熱到溶解度曲線以上的單相區(qū)，以獲得均勻的固溶體；l 急冷。在固溶溫度，合金中只含相。將其急冷至室溫時(shí)，原子沒有足夠的時(shí)間擴(kuò)散至其潛在的形核位置，因而相無法形成。急冷后

18、，合金中依然只含相，此時(shí)，相中的含銅量大大超過其溶解度，是一種過飽和固溶體。這是一種非平衡結(jié)構(gòu)。l 時(shí)效。時(shí)效。將過飽和的相加熱到低于溶解度曲線的某一溫度進(jìn)行保溫，這一溫度即為時(shí)效溫度。在平衡相相形成之前，非平衡相GP區(qū)和會(huì)形成。它們與基體是共格的。共格析出相原子面與基體原子面是連續(xù)過渡的，基體晶格在很大區(qū)域中發(fā)生畸變。當(dāng)位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)，即使經(jīng)過共格析出相的附近區(qū)域，也會(huì)大大受阻。從而產(chǎn)生強(qiáng)化。最后產(chǎn)生平衡相，仍有強(qiáng)化效果。2、基本規(guī)律、基本規(guī)律 l 合金組織中如果含有一定數(shù)量的分散的異相粒子，它的強(qiáng)度往往會(huì)有很大的提高；l 我們將這種由于第二相分散質(zhì)點(diǎn)造成的強(qiáng)化過程統(tǒng)稱為分散強(qiáng)化分散強(qiáng)化;l 應(yīng)

19、用應(yīng)用: 就是鋼中的碳化物對(duì)鋼性能的影響。隨著含碳量的提高，熱軋鋼材的抗拉強(qiáng)度由10號(hào)鋼的300MPa提高到共析鋼800MPa的數(shù)值;l 分散強(qiáng)化的工藝分散強(qiáng)化的工藝(如何來實(shí)現(xiàn)?) 為了要在某種金屬基體中摻入另一個(gè)分散相,主要的工藝為:一為熱處理手段熱處理手段，利用合金中的相變來產(chǎn)生第二相，例如鋼在共析分解反應(yīng)時(shí)析出碳化物相，合金時(shí)效時(shí)產(chǎn)生沉淀等；二為用粉末冶金粉末冶金的方法人為地加入分散的第二相。 1) 產(chǎn)生彌散強(qiáng)化的第二相一般是基體金屬的氧化物、氮化物、碳化物或金屬間化合物，都是穩(wěn)定的化合物。在彌散強(qiáng)化合金中，彌散相和基體并沒有共格關(guān)系，兩相相互溶解的能力也很差，借助于彌散強(qiáng)化達(dá)到高強(qiáng)度

20、的材料往往是熱穩(wěn)定的，在熱強(qiáng)材料的研究中這是一個(gè)很值得推薦的手段。2) 但時(shí)效強(qiáng)化合金就不是這樣，對(duì)這類合金的最基本要求是合金系統(tǒng)必需具備隨著溫度的上升溶解度大幅度增加的相圖，而合金成分又必需處在這樣的溶解度變化曲線之內(nèi)。3) 無論采用哪種辦法制備成的分散強(qiáng)化材料，在組織中的第二相總是以細(xì)小顆粒的形式分散分布在塑性基體之中。 3、強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化機(jī)理增加的相界面1) 切斷 這種情形多數(shù)出現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)與基體仍然存在著共格聯(lián)系的情況下;l 增加表面能;當(dāng)一個(gè)大小為b的位錯(cuò)通過質(zhì)點(diǎn)后,在質(zhì)點(diǎn)兩邊增加表面;l質(zhì)點(diǎn)的彈性模量大于基體,因而位錯(cuò)切過質(zhì)點(diǎn)后需要附加的能量;l相界面的彈性應(yīng)力場也是位錯(cuò)前進(jìn)的阻力;2

21、)繞過: 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)長大到其尺寸已經(jīng)使位錯(cuò)難以借切斷的方式通過的時(shí)候,位錯(cuò)就只能用繞過的方式前進(jìn)了。此時(shí)，一般質(zhì)點(diǎn)與基體沒有共格聯(lián)系。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)較大時(shí)，位錯(cuò)采取繞過機(jī)制越過質(zhì)點(diǎn)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)較大時(shí)，位錯(cuò)采取繞過機(jī)制越過質(zhì)點(diǎn)思考題思考題1、如何理解金屬的塑性變形與強(qiáng)化這對(duì)概念？2、固溶強(qiáng)化的原因？3、應(yīng)變強(qiáng)化的原因？4、分散強(qiáng)化的原因？五、晶界強(qiáng)化五、晶界強(qiáng)化（細(xì)晶強(qiáng)化）1、晶界的定義 1）晶界存在于多晶體中，指周期性排列的點(diǎn)陣的取向發(fā)生突然轉(zhuǎn)折的區(qū)域；2）根據(jù)點(diǎn)陣取向的突變程度不同和轉(zhuǎn)折區(qū)域構(gòu)造的差異，一般分為大角度晶界和小角度晶界大角度晶界和小角度晶界；3）對(duì)于純金屬多晶體中大角晶界的厚度大約為幾個(gè)原子間距

22、，但含有異類原子的合金的晶界厚度則大得多。 2、晶界強(qiáng)化的現(xiàn)象、晶界強(qiáng)化的現(xiàn)象 左圖為僅由兩個(gè)晶粒構(gòu)成的試樣，在經(jīng)過拉伸變形后會(huì)出現(xiàn)明顯的“竹節(jié)竹節(jié)”現(xiàn)象現(xiàn)象，即試樣在遠(yuǎn)離夾頭和晶粒中部出現(xiàn)明顯的頸縮，而在晶界附近則難以變形。 l由于晶界附近為兩晶粒晶格位向的過渡之處，由于晶界附近為兩晶粒晶格位向的過渡之處，原子排列紊亂；原子排列紊亂；l晶界處的雜質(zhì)原子較多，增大了晶格畸變；晶界處的雜質(zhì)原子較多，增大了晶格畸變；l因而位錯(cuò)在晶界附近的滑移阻力大，故難以因而位錯(cuò)在晶界附近的滑移阻力大，故難以發(fā)生變形。發(fā)生變形。3、晶界強(qiáng)化的原因、晶界強(qiáng)化的原因1）由于晶界兩邊的晶粒取向不同，滑移一般難以從一個(gè)晶

23、粒直接傳播到取向有差異的另一個(gè)晶粒上；2）但多晶體變形必須滿足連續(xù)性條件（以保持各晶粒之間微觀的連續(xù)性），為了使鄰近的晶粒也發(fā)生滑移，就必須外加以更大的力，因此，晶界就是滑移的障礙；3）也說明晶界阻礙變形的能力并不是晶界自身擁有很高的強(qiáng)度；4）在金屬強(qiáng)化中，大角度晶界起的作用是主要的。4、霍爾、霍爾培奇培奇(HallPetch)公式公式1） 晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，因而晶粒愈細(xì)小，晶界的總面積愈大，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)愈困難，材料的強(qiáng)度也就愈高。2）HallPetch根據(jù)這一觀點(diǎn)總結(jié)出金屬屈服強(qiáng)度（流變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等）與晶粒大小的關(guān)系式： ky是與材料有關(guān)、與晶粒大小無關(guān)的常數(shù)；d為晶粒直徑；i是位錯(cuò)在單晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，它與晶粒大小無關(guān)。 21dkyisl 由上式可知，多晶體的強(qiáng)度高于單晶體；晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度愈高。l HallPetch公式是一應(yīng)用很廣的關(guān)系