金屬材料的強(qiáng)化_材料力學(xué)性能

1、整理ppt第三章第三章金屬材料的強(qiáng)化金屬材料的強(qiáng)化整理ppt主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 均勻強(qiáng)化、非均勻強(qiáng)化均勻強(qiáng)化、非均勻強(qiáng)化二、細(xì)晶強(qiáng)化二、細(xì)晶強(qiáng)化 細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理、細(xì)晶韌化、細(xì)化晶粒的方法細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理、細(xì)晶韌化、細(xì)化晶粒的方法三、第二相強(qiáng)化三、第二相強(qiáng)化 第二相強(qiáng)化分類、第二相強(qiáng)化理論第二相強(qiáng)化分類、第二相強(qiáng)化理論四、形變強(qiáng)化四、形變強(qiáng)化整理ppt一、一、固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 1、均勻強(qiáng)化、均勻強(qiáng)化強(qiáng)相互作用：間隙式溶質(zhì)，晶格畸變大，對(duì)稱性低強(qiáng)相互作用：間隙式溶質(zhì)，晶格畸變大，對(duì)稱性低弱相互作用：置換式溶質(zhì)，晶格畸變小，對(duì)稱性高弱相互作用：置換式溶質(zhì)，晶格畸變小，對(duì)稱性高1）Mo

2、tt-Nabarro理論理論2）Fleischer理論理論3）Fleltham理論理論整理ppt1）Mott-Nabarro理論理論強(qiáng)相互作用：強(qiáng)相互作用：c臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力G切變模量切變模量b原子大小錯(cuò)配度原子大小錯(cuò)配度c溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度臨界分切應(yīng)力與臨界分切應(yīng)力與溶質(zhì)原子濃度溶質(zhì)原子濃度成正比成正比尺寸因素：溶質(zhì)原子大小不同引起的彈性應(yīng)力場作用尺寸因素：溶質(zhì)原子大小不同引起的彈性應(yīng)力場作用整理ppt弱相互作用：弱相互作用：臨界分切應(yīng)力與臨界分切應(yīng)力與溶質(zhì)原子濃度平方根溶質(zhì)原子濃度平方根成正比成正比Fm障礙對(duì)位錯(cuò)的最大作用力障礙對(duì)位錯(cuò)的最大作用力b點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)整理ppt2）Fle

3、ischer理論理論理論特點(diǎn)：除了尺寸因素外，還考慮了彈性模量的不同理論特點(diǎn)：除了尺寸因素外，還考慮了彈性模量的不同臨界分切應(yīng)力與臨界分切應(yīng)力與溶質(zhì)濃度平方根溶質(zhì)濃度平方根成正比成正比c臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力G切變模量切變模量s彈性模量錯(cuò)配度彈性模量錯(cuò)配度c溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度整理pptU溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的相互作用能溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的相互作用能 切變速率；切變速率； 常數(shù)常數(shù)0理論特點(diǎn)：理論特點(diǎn)： 考慮了多個(gè)因素：溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的相互作用、溶質(zhì)濃度、考慮了多個(gè)因素：溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的相互作用、溶質(zhì)濃度、位錯(cuò)線的性質(zhì)、溫度等位錯(cuò)線的性質(zhì)、溫度等3）Fleltham理論理論整理ppt2、非均勻強(qiáng)化、非均勻

4、強(qiáng)化Cottrell氣團(tuán)強(qiáng)化氣團(tuán)強(qiáng)化Snoek氣團(tuán)強(qiáng)化氣團(tuán)強(qiáng)化Suzuki氣團(tuán)強(qiáng)化氣團(tuán)強(qiáng)化有序強(qiáng)化有序強(qiáng)化靜電相互作用強(qiáng)化靜電相互作用強(qiáng)化濃度梯度強(qiáng)化濃度梯度強(qiáng)化整理ppt1） Cottrell氣團(tuán)強(qiáng)化氣團(tuán)強(qiáng)化合金元素與位錯(cuò)之間的彈性交互作用能為合金元素與位錯(cuò)之間的彈性交互作用能為置換式溶質(zhì)：置換式溶質(zhì)： 0 位于刃位錯(cuò)下方位于刃位錯(cuò)下方 0 位于刃位錯(cuò)上方位于刃位錯(cuò)上方間隙式溶質(zhì)：間隙式溶質(zhì)： 位于刃位錯(cuò)下方位于刃位錯(cuò)下方釘扎作用：位錯(cuò)周圍合金元素阻礙或限制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)釘扎作用：位錯(cuò)周圍合金元素阻礙或限制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)整理ppt2）Snoek氣團(tuán)強(qiáng)化氣團(tuán)強(qiáng)化Snoek效應(yīng)：在螺位錯(cuò)的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)

5、附近的溶質(zhì)原子效應(yīng)：在螺位錯(cuò)的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)附近的溶質(zhì)原子都會(huì)跳到交互作用能最低的位置上，使溶質(zhì)原子呈有序分布都會(huì)跳到交互作用能最低的位置上，使溶質(zhì)原子呈有序分布Snoek氣團(tuán)強(qiáng)化：位錯(cuò)周圍溶質(zhì)原子的有序分布形成氣團(tuán)，釘氣團(tuán)強(qiáng)化：位錯(cuò)周圍溶質(zhì)原子的有序分布形成氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)扎位錯(cuò)Snoek氣團(tuán)的特點(diǎn)：氣團(tuán)的特點(diǎn)： 強(qiáng)化作用與溫度無關(guān)，與溶質(zhì)濃度成正比強(qiáng)化作用與溫度無關(guān)，與溶質(zhì)濃度成正比 形成速度快（僅需要跳動(dòng)形成速度快（僅需要跳動(dòng) ） 常溫下對(duì)位錯(cuò)的釘扎與常溫下對(duì)位錯(cuò)的釘扎與Cottrell氣團(tuán)相當(dāng)，但高溫和形變速氣團(tuán)相當(dāng)，但高溫和形變速度過大時(shí)，有序化程度太快，作用不顯著度過大時(shí)，有序化

6、程度太快，作用不顯著整理ppt3）Suzuki氣團(tuán)強(qiáng)化（化學(xué)相互作用強(qiáng)化）氣團(tuán)強(qiáng)化（化學(xué)相互作用強(qiáng)化）Suzuki氣團(tuán)：氣團(tuán)：溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)和基體兩部溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)和基體兩部分濃度不同分濃度不同濃度差對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用濃度差對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用Suzuki氣團(tuán)特點(diǎn)：氣團(tuán)特點(diǎn)： 對(duì)位錯(cuò)的釘扎力比對(duì)位錯(cuò)的釘扎力比Cottrell氣團(tuán)小，但受溫度影響小氣團(tuán)小，但受溫度影響小 對(duì)刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)都有阻礙作用對(duì)刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)都有阻礙作用 舉例：高溫合金中加舉例：高溫合金中加Co：Co降低降低Ni層錯(cuò)能，使位錯(cuò)容易擴(kuò)層錯(cuò)能，使位錯(cuò)容易擴(kuò)展，形成展，形成Suzuki氣團(tuán)氣團(tuán)整理ppt4）有序強(qiáng)化）有序強(qiáng)

7、化位錯(cuò)通過有序區(qū)時(shí)破壞原子有序關(guān)系而增加位錯(cuò)阻力位錯(cuò)通過有序區(qū)時(shí)破壞原子有序關(guān)系而增加位錯(cuò)阻力5）靜電相互作用強(qiáng)化）靜電相互作用強(qiáng)化溶質(zhì)與位錯(cuò)相互作用時(shí)，溶質(zhì)的導(dǎo)電電子重新分布，產(chǎn)生位溶質(zhì)與位錯(cuò)相互作用時(shí)，溶質(zhì)的導(dǎo)電電子重新分布，產(chǎn)生位錯(cuò)局部電偶極，形成短程靜電交互作用錯(cuò)局部電偶極，形成短程靜電交互作用6）濃度梯度強(qiáng)化）濃度梯度強(qiáng)化晶格常數(shù)變化梯度；彈性模量變化梯度；合金元素與位錯(cuò)彈晶格常數(shù)變化梯度；彈性模量變化梯度；合金元素與位錯(cuò)彈性交互作用變化梯度性交互作用變化梯度整理ppt二、二、細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化1. 細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理細(xì)晶強(qiáng)化原因：晶界兩側(cè)晶粒取向不一致，一個(gè)晶粒內(nèi)的滑細(xì)晶強(qiáng)化原

8、因：晶界兩側(cè)晶粒取向不一致，一個(gè)晶粒內(nèi)的滑移帶不能穿過晶界直接傳播到相鄰晶粒移帶不能穿過晶界直接傳播到相鄰晶粒Hall-Petch關(guān)系式關(guān)系式Hall-Petch關(guān)系關(guān)系式也適用于亞晶式也適用于亞晶0：位錯(cuò)摩擦阻力：位錯(cuò)摩擦阻力Ky：Petch斜率斜率整理ppt2. 細(xì)晶韌化細(xì)晶韌化細(xì)化晶粒使材料強(qiáng)化的同時(shí)也使塑性和韌性提高細(xì)化晶粒使材料強(qiáng)化的同時(shí)也使塑性和韌性提高塑性提高：晶粒細(xì)化使單位體積內(nèi)晶界上夾雜物相對(duì)減少塑性提高：晶粒細(xì)化使單位體積內(nèi)晶界上夾雜物相對(duì)減少韌性提高：晶界也是裂紋擴(kuò)展的障礙韌性提高：晶界也是裂紋擴(kuò)展的障礙整理ppt3. 細(xì)化晶粒的方法細(xì)化晶粒的方法改善結(jié)晶和凝固條件改善結(jié)

9、晶和凝固條件 增大過冷度和提高形核率（加入孕育劑）增大過冷度和提高形核率（加入孕育劑） 機(jī)械震動(dòng)和強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場（破碎枝晶和粗大晶粒）機(jī)械震動(dòng)和強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場（破碎枝晶和粗大晶粒）調(diào)整合金成分調(diào)整合金成分 添加細(xì)化晶粒的元素：添加細(xì)化晶粒的元素：Mg、B、Zr及其他稀土元素及其他稀土元素嚴(yán)格控制熱處理工藝嚴(yán)格控制熱處理工藝 冷變形的金屬，控制回復(fù)和再結(jié)晶獲取細(xì)晶冷變形的金屬，控制回復(fù)和再結(jié)晶獲取細(xì)晶 往復(fù)相變細(xì)化方法往復(fù)相變細(xì)化方法 在固態(tài)相變點(diǎn)附近，反復(fù)加熱冷卻，通過相變反復(fù)形核在固態(tài)相變點(diǎn)附近，反復(fù)加熱冷卻，通過相變反復(fù)形核 舉例：舉例：10Ni5CrMoV鋼常規(guī)淬火晶粒度鋼常規(guī)淬火晶粒度

10、9級(jí)；以級(jí)；以9/s加熱到加熱到774再淬火，晶粒度為再淬火，晶粒度為14-15級(jí)級(jí)整理ppt三、第二相強(qiáng)化三、第二相強(qiáng)化1. 第二相的分類第二相的分類a）冶煉過程中產(chǎn)生（夾雜物）冶煉過程中產(chǎn)生（夾雜物） 氧化物、硫化物等氧化物、硫化物等夾雜物對(duì)合金性能有害夾雜物對(duì)合金性能有害 夾雜物與基體結(jié)合強(qiáng)度低夾雜物與基體結(jié)合強(qiáng)度低 夾雜物往往呈尖角狀，產(chǎn)生夾雜物往往呈尖角狀，產(chǎn)生應(yīng)力集中，促進(jìn)裂紋形成應(yīng)力集中，促進(jìn)裂紋形成第二相強(qiáng)化不包含此類型第二相強(qiáng)化不包含此類型整理pptb）熱處理過程中產(chǎn)生）熱處理過程中產(chǎn)生 時(shí)效強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）：依靠過飽和固溶體脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化）：依靠過飽和固溶

11、體脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化 、等等c）人為添加到合金中）人為添加到合金中 彌散強(qiáng)化：采用粉末冶金方法造成強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：采用粉末冶金方法造成強(qiáng)化 Y2O3、Al2O3等氧化物顆粒等氧化物顆粒 彌散強(qiáng)化合金使用溫度比時(shí)效強(qiáng)化合金高彌散強(qiáng)化合金使用溫度比時(shí)效強(qiáng)化合金高整理ppt2. 第二相強(qiáng)化理論第二相強(qiáng)化理論a）直接強(qiáng)化）直接強(qiáng)化 第二相的存在使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻第二相的存在使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻主要強(qiáng)化機(jī)制主要強(qiáng)化機(jī)制共格應(yīng)變強(qiáng)化機(jī)制共格應(yīng)變強(qiáng)化機(jī)制化學(xué)強(qiáng)化（位錯(cuò)切過）機(jī)制化學(xué)強(qiáng)化（位錯(cuò)切過）機(jī)制Orowan位錯(cuò)繞過強(qiáng)化機(jī)制位錯(cuò)繞過強(qiáng)化機(jī)制b）間接強(qiáng)化）間接強(qiáng)化 第二相的存在影響了顯微結(jié)構(gòu)第二相的存在影響了顯微結(jié)構(gòu) 鋼

12、中的鋼中的TiC細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒；TD-Ni中的中的ThO2阻止晶粒長大阻止晶粒長大1）第二相強(qiáng)化分類）第二相強(qiáng)化分類整理ppta）共格應(yīng)變強(qiáng)化理論）共格應(yīng)變強(qiáng)化理論 f 屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力錯(cuò)配度錯(cuò)配度f第二相體積百分?jǐn)?shù)第二相體積百分?jǐn)?shù)第二相使晶格錯(cuò)配而產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)施加阻力第二相使晶格錯(cuò)配而產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)施加阻力2）直接強(qiáng)化的機(jī)制）直接強(qiáng)化的機(jī)制整理pptb）位錯(cuò)切過機(jī)制）位錯(cuò)切過機(jī)制產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件： 基體與第二相有公共的滑移面，即第二相與基體保持共基體與第二相有公共的滑移面，即第二相與基體保持共格或半共格格或半共格 基體與析出相中柏氏矢量相差很小，或基體中的全位

13、錯(cuò)基體與析出相中柏氏矢量相差很小，或基體中的全位錯(cuò)為析出相的半位錯(cuò)為析出相的半位錯(cuò) 第二相強(qiáng)度不能太高，即第二相可與基體一起變形第二相強(qiáng)度不能太高，即第二相可與基體一起變形整理ppt位錯(cuò)切過第二相的阻力（強(qiáng)化原因）位錯(cuò)切過第二相的阻力（強(qiáng)化原因）新增表面能：新增表面能： 位錯(cuò)切過后，第二相兩邊各出現(xiàn)新的表面位錯(cuò)切過后，第二相兩邊各出現(xiàn)新的表面反相疇界能：反相疇界能： 第二相為有序相時(shí)第二相為有序相時(shí)彈性模量差：彈性模量差： 第二相與基體的彈性模量不同，位錯(cuò)線張力發(fā)生變化第二相與基體的彈性模量不同，位錯(cuò)線張力發(fā)生變化彈性應(yīng)力場：彈性應(yīng)力場： 第二相的共格畸變?cè)诮缑娓浇纬蓮椥詰?yīng)力場第二相的共格畸

14、變?cè)诮缑娓浇纬蓮椥詰?yīng)力場整理pptc）Orowan（繞過）強(qiáng)化機(jī)制（繞過）強(qiáng)化機(jī)制Orowan公式公式常數(shù)常數(shù)f體積百分?jǐn)?shù)體積百分?jǐn)?shù)r粒子半徑粒子半徑位錯(cuò)靠近粒子位錯(cuò)靠近粒子位錯(cuò)線彎曲位錯(cuò)線彎曲反號(hào)位錯(cuò)抵消，反號(hào)位錯(cuò)抵消，形成位錯(cuò)環(huán)形成位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)條件：第二相粒子間距較大；粒子本身很硬，位錯(cuò)切過困難條件：第二相粒子間距較大；粒子本身很硬，位錯(cuò)切過困難整理ppt舉例：時(shí)效強(qiáng)化合金強(qiáng)化機(jī)制舉例：時(shí)效強(qiáng)化合金強(qiáng)化機(jī)制 切過機(jī)制和繞過機(jī)制的綜合作用切過機(jī)制和繞過機(jī)制的綜合作用 顆粒臨界半徑顆粒臨界半徑整理ppt四、形變強(qiáng)化四、形變強(qiáng)化 屈服發(fā)生后，隨試樣塑性變形量的不斷增大，變形抗力不屈服發(fā)生后，隨試樣塑性變形量的不斷增大，變形抗力不斷增加的現(xiàn)象斷增加的現(xiàn)象形變強(qiáng)化工藝形變強(qiáng)化工藝-劇烈冷變