材料加工組織性能控制(第一、二章)

1、塑性加工物理冶金理論塑性加工物理冶金理論北京科技大學(xué)材料學(xué)院北京科技大學(xué)材料學(xué)院劉靖劉靖 13520330657135203306571.王占學(xué)，控制軋制與控制冷卻，冶金工業(yè)出版社，1988年2.劉永銓，鋼的熱處理，冶金工業(yè)出版社，1987年3.毛衛(wèi)民，金屬材料的晶體學(xué)織構(gòu)與各向異性，科學(xué)出版社，2002年4.王有銘等，鋼材的控制軋制與控制冷卻，冶金工業(yè)出版社 參考書參考書1. 緒論緒論l 6060年代發(fā)現(xiàn)年代發(fā)現(xiàn)NbNb的強化作用的強化作用 為控軋工藝的發(fā)展提供了理為控軋工藝的發(fā)展提供了理論依據(jù)；論依據(jù)；l 7070年代后應(yīng)用普及，新鋼種、新工藝逐漸開發(fā)出來。年代后應(yīng)用普及，新鋼種、新工藝逐

2、漸開發(fā)出來。控制軋制控制軋制+ +控制冷卻的方法稱為熱機械控制工藝?？刂评鋮s的方法稱為熱機械控制工藝。(TMCP,Thermo Momechanical Controlled Processing)(TMCP,Thermo Momechanical Controlled Processing)。l二戰(zhàn)期間大量的船舶脆斷二戰(zhàn)期間大量的船舶脆斷 提高鋼材的韌性。解決辦法：提高鋼材的韌性。解決辦法：提高提高Mn/C比、鋁脫氧、正火工藝、低溫大壓下比、鋁脫氧、正火工藝、低溫大壓下 構(gòu)成控構(gòu)成控軋控冷的基礎(chǔ)；軋控冷的基礎(chǔ)；塑性加工的作用：改形、改性。塑性加工的作用：改形、改性。改形：改形：改性：改性：形

3、變熱處理：形變熱處理：圖圖 化學(xué)成分和加工過程、顯微組織與力學(xué)性能之間關(guān)系化學(xué)成分和加工過程、顯微組織與力學(xué)性能之間關(guān)系冶煉、澆注、冷熱冶煉、澆注、冷熱加工成形和熱處理加工成形和熱處理等。等。圖圖1-2 鋼材性能與冶金因素、組織的關(guān)系鋼材性能與冶金因素、組織的關(guān)系工藝工藝 性能性能手段手段金屬材料的力學(xué)性能：金屬材料的力學(xué)性能： 金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在外加載荷金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在外加載荷( (外外力或能量力或能量) )作用下或載荷與環(huán)境因素作用下或載荷與環(huán)境因素( (溫度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)和加載速率和加載速率) )聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為。聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為。 力學(xué)性能通常包括：

4、力學(xué)性能通常包括： 強度指標(biāo)：強度指標(biāo)：S S、b b； 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：、； 韌性指標(biāo)：韌性指標(biāo)： k k、KcKc。 金屬的理論屈服強度金屬的理論屈服強度 圖圖 原子面受力后產(chǎn)生的位移原子面受力后產(chǎn)生的位移bxm2sinaGbm2令 a=b2Gm 一般金屬的剪切彈性模量一般金屬的剪切彈性模量G G：金屬的理論屈服強度：金屬的理論屈服強度：實際純金屬單晶體的屈服強度要比此值低實際純金屬單晶體的屈服強度要比此值低100 100 1000 1000倍。倍。 對鋼而言，對鋼而言，G G78453 MPa78453 MPa，理論屈服強，理論屈服強度度s s=12486Mpa=12486Mpa，鋼

5、的實際屈服強度遠遠鋼的實際屈服強度遠遠低于理論屈服強度。低于理論屈服強度。 （2 2）金屬的理論斷裂強度）金屬的理論斷裂強度圖圖1-4 1-4 原子間結(jié)合力的雙原子模型原子間結(jié)合力的雙原子模型1-1-吸引力；吸引力；2-2-排斥力；排斥力；3-3-合應(yīng)力合應(yīng)力斷裂強度？斷裂強度？x2max理論斷裂強度理論斷裂強度正弦函正弦函數(shù)波長數(shù)波長210maxaEs單位面積單位面積表面能表面能高強度鋼的斷裂強度可達高強度鋼的斷裂強度可達2100Mpa2100Mpa，約為理論斷裂強，約為理論斷裂強度的十分之一。一般工程材料的斷裂強度比理論斷裂度的十分之一。一般工程材料的斷裂強度比理論斷裂強度低強度低10-1

6、00010-1000倍。倍。原因：原因：實際金屬不是理想晶體，滑移過程不是剛性的、整實際金屬不是理想晶體，滑移過程不是剛性的、整體的移動；體的移動；在實際晶體中存在有位錯，位錯具有可動性，位錯在實際晶體中存在有位錯，位錯具有可動性，位錯可以通過點陣滑移從一個位置移向另一個位置；可以通過點陣滑移從一個位置移向另一個位置；材料中存在微裂紋。材料中存在微裂紋。（3 3）金屬的韌性）金屬的韌性 1 1）微裂紋形成機構(gòu)）微裂紋形成機構(gòu)位錯塞積引起裂紋形成示意圖位錯塞積引起裂紋形成示意圖 a) a) 位錯塞積理論位錯塞積理論b)b)位錯反應(yīng)理論位錯反應(yīng)理論1112a001a1112ac)c)位錯銷毀理論位

7、錯銷毀理論條件：滑移面間距條件：滑移面間距102 2）沖擊試驗）沖擊試驗影響脆性影響脆性斷裂的基斷裂的基本因素本因素三向應(yīng)力狀態(tài)三向應(yīng)力狀態(tài)溫度溫度應(yīng)變速率或加載速率應(yīng)變速率或加載速率a)a)脆性斷裂的外部條件脆性斷裂的外部條件 b)b)缺口沖擊試驗缺口沖擊試驗夏比試樣斷裂夏比試樣斷裂所需能量所需能量,記記做做CV( K) 查看斷面確定斷查看斷面確定斷裂時纖維狀（剪裂時纖維狀（剪切斷裂）、粒狀切斷裂）、粒狀（解理斷裂），（解理斷裂），還是二者的混合還是二者的混合 3 3）轉(zhuǎn)變溫度曲線的意義）轉(zhuǎn)變溫度曲線的意義金屬：出現(xiàn)于金屬：出現(xiàn)于（0.10.2） Tm；陶瓷材料：出現(xiàn)在陶瓷材料：出現(xiàn)在（0.

8、50.7）Tm。Tm：絕對熔解溫度。：絕對熔解溫度。塑性斷裂塑性斷裂轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 斷口外觀斷口外觀轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度(FATT) FATT50% 與某一規(guī)與某一規(guī)定的定的Cv值值所對應(yīng)的所對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 NDT:零零塑性轉(zhuǎn)塑性轉(zhuǎn)變溫度。變溫度。材料的組織、結(jié)構(gòu)的影響：材料的組織、結(jié)構(gòu)的影響：a a）面心立方點陣與體心立方、密排六方點陣的比面心立方點陣與體心立方、密排六方點陣的比較：較：b b）細小均勻分布的第二相質(zhì)點與片狀、尖角狀、）細小均勻分布的第二相質(zhì)點與片狀、尖角狀、網(wǎng)狀連續(xù)分布的比較：網(wǎng)狀連續(xù)分布的比較：c c）第二相與基體的性質(zhì)差異的影響：）第二相與基體的性質(zhì)差異的影響：d

9、 d）內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷的影響：的影響：e e）晶粒大小的影響：）晶粒大小的影響：4 4）影響沖擊韌性的因素）影響沖擊韌性的因素 溫度的影響：三個脆性區(qū)溫度的影響：三個脆性區(qū) ：冷脆性、藍脆性、：冷脆性、藍脆性、重結(jié)晶脆性。重結(jié)晶脆性。 圖圖 1 鋼的幾個脆性的溫度區(qū)域鋼的幾個脆性的溫度區(qū)域 圖圖2 不同含碳量的鋼的冷脆和藍不同含碳量的鋼的冷脆和藍脆溫度范圍脆溫度范圍 形變速度的影響形變速度的影響 試樣尺寸的影響：試樣尺寸試樣尺寸的影響：試樣尺寸 ，韌性，韌性 ，斷口，斷口纖維狀區(qū)比例減小，韌纖維狀區(qū)比例減小，韌- -脆轉(zhuǎn)化溫度提高（原因）。脆轉(zhuǎn)化溫度提高（原因）。 2 2 鋼鐵材料強韌化理論鋼

10、鐵材料強韌化理論金屬材料金屬材料強化的強化的基本途徑：基本途徑： (1)(1)制成無缺陷制成無缺陷的完整晶體，使的完整晶體，使金屬的晶體強度金屬的晶體強度接近理論強度。接近理論強度。 鐵晶須：鐵晶須：最大剪切最大剪切應(yīng)力可達應(yīng)力可達3640MPa3640MPa。(2)在有缺陷在有缺陷的金屬晶體的金屬晶體中設(shè)法阻止中設(shè)法阻止位錯的運動。位錯的運動。 金屬材料中的顯微缺陷組織可分為：金屬材料中的顯微缺陷組織可分為：(1)(1)點缺陷：點缺陷：(2)(2)線缺陷：線缺陷：(3)(3)面缺陷：面缺陷： (4)(4)體缺陷：體缺陷： 強化手段：強化手段：固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二相粒固溶強化、位

11、錯強化、晶界強化、第二相粒子析出強化及相變強化。子析出強化及相變強化。9563. 03 . 427008676)(%50210dPNMnCFATTf（1 1）成分控制）成分控制 BucherBucher對對C-Mn-SiC-Mn-Si鋼：鋼：Mn含量固溶的自由氮含量珠光體的百分數(shù)晶粒尺寸提高提高韌性韌性的具體途徑：的具體途徑：公式的適用范圍公式的適用范圍變量平均范圍%Mn%Si%Nf%珠光體d-1/2(mm-1/2)FATT(C)0.930.070.00614.98.06-24.401.9000.3400.2105302014.48-122.8075.6表表2-2 2-2 合金元素對工業(yè)純鐵強

12、度和韌性的影響合金元素對工業(yè)純鐵強度和韌性的影響溶質(zhì)元素原子直徑()25(C)時下屈服點變(107Pa/原子%)沖擊韌性轉(zhuǎn)變溫度變化（C/原子%）PPtMoMnSiNiCoCrV2.182.772.722.242.352.492.492.492.6321.14.93.63.53.52.10.40.0-0.2130,300-20-5-10025-10-5-1 1）P P、S S的影響的影響 P P：回火脆性和影響交叉滑移；：回火脆性和影響交叉滑移；S S：產(chǎn)生應(yīng)力集中及各向異性（：產(chǎn)生應(yīng)力集中及各向異性（原因：原因：）。）。措施措施：盡可能降低盡可能降低S S、P P含量；加入稀土、含量；加入稀

13、土、TiTi、ZrZr等元素。等元素。2）C的影響碳量，鋼中珠光體量（Fe-C相圖），50FATT 。 9563. 03 . 427008676)(%50210dPNMnCFATTf3）V的影響：的影響：VN的形成的形成阻止奧氏體再結(jié)阻止奧氏體再結(jié)晶晶細化轉(zhuǎn)變后的晶粒。問題：過多的固細化轉(zhuǎn)變后的晶粒。問題：過多的固溶溶V阻止交叉滑移而影響韌性。阻止交叉滑移而影響韌性。措施：（2 2）氣體和夾雜物控制）氣體和夾雜物控制 氫：引起白點和氫脆；氮：使鋼的韌性下氫：引起白點和氫脆；氮：使鋼的韌性下降；氧化物：使鋼的韌性下降；硫化物：降；氧化物：使鋼的韌性下降；硫化物：硫硫+ +錳錳MnSMnS夾雜：塑

14、性夾雜：塑性 ，缺點：熱軋鋼，缺點：熱軋鋼板橫向韌性板橫向韌性 。措施：降低鋼中硫含量；加鋯措施：降低鋼中硫含量；加鋯(Zr)(Zr)和稀土和稀土等等元素。元素。 a. 頂注；b.連續(xù)鑄錠；c.壓力澆注；d.電渣重熔Ak為20C夏氏V型值（9.8J）；b均為540MPa鑄造工藝對夾雜物總量及韌性各向異性的影響鑄造工藝對夾雜物總量及韌性各向異性的影響(3) (3) 壓力加工工藝的控制壓力加工工藝的控制 (4) (4) 熱處理工藝的選擇熱處理工藝的選擇 通過改變金屬的化學(xué)成分來提高強通過改變金屬的化學(xué)成分來提高強度。度。 運動的位錯與異質(zhì)原子之運動的位錯與異質(zhì)原子之間相互作用的結(jié)果。間相互作用的結(jié)

15、果。強化的實質(zhì)強化的實質(zhì)：強化的金屬學(xué)基礎(chǔ)：強化的金屬學(xué)基礎(chǔ)：2.1 固溶強化固溶強化固溶強化分類：固溶強化分類：間隙式固溶強化和置換式固溶強化間隙式固溶強化和置換式固溶強化 圖圖2-5 鐵的屈服應(yīng)力和含碳量的關(guān)系鐵的屈服應(yīng)力和含碳量的關(guān)系（1 1）間隙式固溶強化：）間隙式固溶強化：碳、氮等溶質(zhì)原子嵌碳、氮等溶質(zhì)原子嵌入入a-Fea-Fe晶格的八面體晶格的八面體間隙中，使晶格產(chǎn)生間隙中，使晶格產(chǎn)生不對稱正方形畸變造不對稱正方形畸變造成強硬化效應(yīng)。成強硬化效應(yīng)。作用：作用：302010302)(2)(baCiNCssNCss圖圖2-6 (2-6 (SSSS) )C+NC+N隨隨C、N含量的變化含

16、量的變化規(guī)律規(guī)律 柯氏氣團柯氏氣團 ：SnockSnock氣團氣團 ：KiKi：由間隙原子性質(zhì)、基體晶格類型、基體的剛：由間隙原子性質(zhì)、基體晶格類型、基體的剛度、溶質(zhì)和溶劑原子的直徑差及二者的化學(xué)性質(zhì)度、溶質(zhì)和溶劑原子的直徑差及二者的化學(xué)性質(zhì)差別等因素決定的數(shù)值；差別等因素決定的數(shù)值；CiCi：間隙原子的固溶量（原子百分數(shù)）；：間隙原子的固溶量（原子百分數(shù)）；n n：0.330.33 2.02.0之間變化的一個指數(shù)之間變化的一個指數(shù) 。 niissssCK 2間隙式固溶強化對塑性、韌性的影響：間隙式固溶強化對塑性、韌性的影響：1 1）間隙原子在鐵素體晶格中造成的畸變是不對稱的，所以隨間隙原子在

17、鐵素體晶格中造成的畸變是不對稱的，所以隨著間隙原子濃度的增加，塑性和韌性明顯下降。著間隙原子濃度的增加，塑性和韌性明顯下降。馬氏體含碳量(%)沖擊值Cv(Nm)20121658252 2）碳、氮間隙原子能引起低碳鋼的藍脆碳、氮間隙原子能引起低碳鋼的藍脆 強度升高，延伸率降低（藍脆）。強度升高，延伸率降低（藍脆）。同樣，螺型位錯線附近的同樣，螺型位錯線附近的SnockSnock氣團也會使氣團也會使塑性降低。塑性降低。結(jié)論：結(jié)論：（2 2）置換式固溶強）置換式固溶強化：畸變大都是球面化：畸變大都是球面對稱，強化效能比間對稱，強化效能比間隙式原子小兩個數(shù)量隙式原子小兩個數(shù)量級級 （弱硬化）。（弱硬化

18、）。元素類型不同，強化元素類型不同，強化效能也不同。效能也不同。圖圖2-7 2-7 置換式元素對置換式元素對a-Fe屈服強度的影響屈服強度的影響 置換式固溶強化通式：置換式固溶強化通式： KsKs：常數(shù)，：常數(shù)，CsCs：溶質(zhì)原子的固溶量（原子百：溶質(zhì)原子的固溶量（原子百分數(shù)），分數(shù)），n n：0.50.5 1.01.0之間。之間。nsssubsssubssCK )(2)(置換式固溶強化對韌性的影響：置換式固溶強化對韌性的影響：1 1）基體中含有置換式固溶原子（如）基體中含有置換式固溶原子（如SiSi、P P、MnMn）平面滑移平面滑移硬化指數(shù)硬化指數(shù)n=n=均勻延伸率均勻延伸率 u u。2)

19、2)鋼中加入鋼中加入Ni(Ni(或或PtPt、Pd)Pd)，能促進低溫時螺型位，能促進低溫時螺型位錯交滑移，使韌性提高。錯交滑移，使韌性提高。SiSi、AlAl使低溫交滑移困使低溫交滑移困難，鋼的塑性和韌性降低。難，鋼的塑性和韌性降低。3)3)影響鋼基體的層錯能影響鋼基體的層錯能增加層錯能的元素：增加層錯能的元素：降低層錯能的元素：降低層錯能的元素：4)4)對基體對基體PeierlsPeierls力的影響。力的影響。小結(jié)：小結(jié)：固溶強化效果取決于：固溶強化效果取決于：溶質(zhì)元素在溶劑中的溶解度大??；溶質(zhì)元素在溶劑中的溶解度大??； 溶質(zhì)元素溶解量；溶質(zhì)元素溶解量；形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素（如形成間

20、隙固溶體的溶質(zhì)元素（如C C、N N、B B）強）強化作用大于形成置換式固溶體（如化作用大于形成置換式固溶體（如MnMn、SiSi、P P）的溶質(zhì)元素；的溶質(zhì)元素；溶質(zhì)與基體的原子大小差別愈大，強化效果溶質(zhì)與基體的原子大小差別愈大，強化效果也愈顯著。也愈顯著。位錯的釘扎作用；位錯的釘扎作用；位錯運動的摩擦阻力增加；位錯運動的摩擦阻力增加；結(jié)構(gòu)強化引起的強化；結(jié)構(gòu)強化引起的強化；固溶強化機制：固溶強化機制：位錯密度與強度值增加位錯密度與強度值增加v v之間關(guān)系式之間關(guān)系式： 21BbGv2.2 應(yīng)變強化（位錯強化）應(yīng)變強化（位錯強化） 無量綱系數(shù)，無量綱系數(shù)，數(shù)量級為數(shù)量級為1柏氏矢量柏氏矢量抗

21、剪摩數(shù)抗剪摩數(shù)位錯密度位錯密度圖2-10 不同結(jié)構(gòu)的鋼的強化狀態(tài) 位錯強化對塑性及韌性的影響位錯強化對塑性及韌性的影響：(1)(1)位錯的合并位錯的合并以及在障礙處的塞積會促使裂紋形核，使塑性和以及在障礙處的塞積會促使裂紋形核，使塑性和韌性降低。韌性降低。(2)(2)由于位錯在裂紋尖端塑性區(qū)內(nèi)的由于位錯在裂紋尖端塑性區(qū)內(nèi)的移動可減緩尖端的應(yīng)力集中，使塑性和韌性升高。移動可減緩尖端的應(yīng)力集中，使塑性和韌性升高。圖圖2-11 2-11 通過冷變形改變的沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)化溫度通過冷變形改變的沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)化溫度 冷加工強化與時效處理的機理冷加工強化與時效處理的機理 相鄰的取向不同的晶粒邊界區(qū)相鄰的

22、取向不同的晶粒邊界區(qū)域，或者域，或者說是周期性排列的點陣的取向發(fā)生突然轉(zhuǎn)折的區(qū)說是周期性排列的點陣的取向發(fā)生突然轉(zhuǎn)折的區(qū)域。域。 （1 1）具有界面能；（）具有界面能；（2 2）界面能量）界面能量高于晶粒內(nèi)部；（高于晶粒內(nèi)部；（3 3）對力學(xué)性能的影響。）對力學(xué)性能的影響。分大角度晶界，小角度晶界。分大角度晶界，小角度晶界。晶界：晶界：晶界特點晶界特點：2.3 2.3 晶界強晶界強化化 2.3.1 晶界強化機晶界強化機理理 ：圖圖 節(jié)狀晶體的拉伸變形節(jié)狀晶體的拉伸變形 多晶體內(nèi)變形的不均性多晶體內(nèi)變形的不均性晶界的阻礙作用晶界的阻礙作用 ； 晶界對滑移的阻礙作用 在晶界上的位錯塞積群多晶體晶粒

23、的塑性變形必須滿足連續(xù)性的條件多晶體晶粒的塑性變形必須滿足連續(xù)性的條件2.3.2 Hall-Petch(霍爾配奇)公式 圖圖2-14 軟鋼的晶粒大小對壓軟鋼的晶粒大小對壓縮屈服應(yīng)力和拉伸脆斷應(yīng)力縮屈服應(yīng)力和拉伸脆斷應(yīng)力的影響的影響 -壓縮屈服應(yīng)力；壓縮屈服應(yīng)力； -拉伸脆拉伸脆斷應(yīng)力斷應(yīng)力211dKiy i：常數(shù)，相當(dāng)于單晶體時的屈服強度；：常數(shù)，相當(dāng)于單晶體時的屈服強度； K1：反映晶界對強度影響程度的常數(shù)，它和晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)，：反映晶界對強度影響程度的常數(shù)，它和晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)，和溫度關(guān)系不大。和溫度關(guān)系不大。 圖圖2-15 0.15%碳鋼屈服強度和晶粒直徑間的關(guān)系碳鋼屈服強度和晶粒直徑間的關(guān)系

24、- -靜拉；靜拉；- -變形速度變形速度1.41.410102 2S S-1-1; ; 變形速度變形速度2.12.110102 2S S-1-1鐵素體一珠光體鋼有下述形式的Hall-Petch關(guān)系式：式中i和p分別表示完全為鐵素體和完全為珠光體時的內(nèi)摩擦應(yīng)力；f和fp分別表示鐵素體和珠光體的體積分數(shù)（f+fp=1）；d為鐵素體晶粒直徑。鐵素體-珠光體鋼中Mn、Si含量對屈服強度的影響：21dKfffyppiy2126%72%)9438(54dfSifMnfpy鐵素體晶粒細化，可以提高屈服強度鐵素體晶粒細化，可以提高屈服強度(d(d與與 比較比較 ) )；晶界是位錯運動的障礙，細化晶?？墒共牧系?/p>

25、屈服強度提晶界是位錯運動的障礙，細化晶粒可使材料的屈服強度提高。高。 21mdATK21d晶界強化對強度的影響：晶界強化對強度的影響：晶界是裂紋擴展的阻力，晶粒愈細，裂紋擴展臨界應(yīng)力晶界是裂紋擴展的阻力，晶粒愈細，裂紋擴展臨界應(yīng)力 c c愈大，材料的韌性愈高。愈大，材料的韌性愈高。晶界強化對塑性的影響晶界強化對塑性的影響：晶界可把塑性變形限定在一定的范圍內(nèi)，使變形均勻化，晶界可把塑性變形限定在一定的范圍內(nèi)，使變形均勻化，因此晶粒細化也可以提高材料的塑性。因此晶粒細化也可以提高材料的塑性。晶界強化對韌性的影響：晶界強化對韌性的影響：212dKSypc 亞晶界亞晶界：晶內(nèi)界面，晶粒內(nèi)取向差在幾度范

26、：晶內(nèi)界面，晶粒內(nèi)取向差在幾度范圍的各個小區(qū)域。圍的各個小區(qū)域。 形成條件：形成條件：在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)或奧氏體、在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)或奧氏體、鐵素體兩相區(qū)變形；冷變形后低溫回火。鐵素體兩相區(qū)變形；冷變形后低溫回火。 強化原因：強化原因：亞晶本身是位錯墻，亞晶細小，位亞晶本身是位錯墻，亞晶細小，位錯密度也高。強化作用方面與晶界具有類似的性錯密度也高。強化作用方面與晶界具有類似的性質(zhì)。質(zhì)。只有晶界強化機理才能使材料強化的同時又使材只有晶界強化機理才能使材料強化的同時又使材料的韌塑性提高，所以細化晶粒就成為控制軋制料的韌塑性提高，所以細化晶粒就成為控制軋制工藝的基本目標(biāo)。工藝的基本目標(biāo)。2.4 2.

27、4 亞晶強亞晶強化化對強度的影響：對強度的影響： 式中式中 i i、K K分別是分別是Hall-PetchHall-Petch公式的單晶體的屈公式的單晶體的屈服強度和晶界強化系數(shù)；服強度和晶界強化系數(shù)；D D：沒有亞晶的等軸鐵：沒有亞晶的等軸鐵素體尺寸；素體尺寸；d d：鐵素體亞晶的尺寸；：鐵素體亞晶的尺寸；f fF F：等軸鐵素等軸鐵素體的分數(shù)。體的分數(shù)。2/ )1 (2121FFisfdfDK定義定義：第二相質(zhì)點沉淀時，沉淀相在基體中造成第二相質(zhì)點沉淀時，沉淀相在基體中造成應(yīng)力場，應(yīng)力場與運動位錯之間的交互作用。應(yīng)力場，應(yīng)力場與運動位錯之間的交互作用。 沉淀強化（時效強化）：沉淀強化（時效

28、強化）：彌散強化：彌散強化：2.5 2.5 沉淀強化沉淀強化2.5.1 2.5.1 沉淀析出條件沉淀析出條件 固溶度隨溫度的降低而減少。固溶度隨溫度的降低而減少。過時效：過時效：圖圖 2-17 可能出現(xiàn)沉淀強化的合金系可能出現(xiàn)沉淀強化的合金系 （1 1）切過第二相的強化機理）切過第二相的強化機理 條件：第二相比較細小，與基體存在共格關(guān)系。條件：第二相比較細小，與基體存在共格關(guān)系。強化原因：強化原因：1 1）；）；2 2）；）；3 3）2.5.2 2.5.2 沉淀強化機沉淀強化機理理位錯切過第二位錯切過第二相質(zhì)點后增加相質(zhì)點后增加的相界面的相界面(2)2) 繞過第二相的強化機理繞過第二相的強化機

29、理條件：條件： 位錯繞過第二相質(zhì)點時的過程示意圖位錯繞過第二相質(zhì)點時的過程示意圖 影響沉淀強化的因素影響沉淀強化的因素：沉淀相的部位、形沉淀相的部位、形狀。狀。沉淀顆粒分布在整個基體上好于分布在晶沉淀顆粒分布在整個基體上好于分布在晶界上；顆粒形球狀比片狀更有利于強化。界上；顆粒形球狀比片狀更有利于強化。 形變熱處理產(chǎn)生強化的原因：形變熱處理產(chǎn)生強化的原因：特點特點： (1) (1) 強化相質(zhì)點是通過機械混合，壓制燒結(jié)強化相質(zhì)點是通過機械混合，壓制燒結(jié)到基體中去的。沒有沉淀析出過程。到基體中去的。沒有沉淀析出過程。 (2) (2) 第二相在第二相在基體中一般溶解度都很小，甚至在高溫下。所以很基體

30、中一般溶解度都很小，甚至在高溫下。所以很穩(wěn)定，不易長大。穩(wěn)定，不易長大。 (3) (3) 第二相與基體沒有共格關(guān)系。第二相與基體沒有共格關(guān)系。(4)(4)彌散強化合金不要求隨溫度降低固溶體的溶解彌散強化合金不要求隨溫度降低固溶體的溶解度要降低的限制，可以設(shè)計大量的彌散合金系統(tǒng)。度要降低的限制，可以設(shè)計大量的彌散合金系統(tǒng)。機理：機理：繞過理論繞過理論2.5.3 2.5.3 彌散強化彌散強化（1 1）沉淀相的體積比越大，強化效果越顯著，）沉淀相的體積比越大，強化效果越顯著，因此必須提高基體的過飽和度。因此必須提高基體的過飽和度。（2 2）第二相質(zhì)點彌散度越大，強化效果越好。）第二相質(zhì)點彌散度越大，強化效果越好。共格第二相比非共格第二相的強化效能大。共格第二相比非共格第二相的強化效能大。（3 3）第二相質(zhì)點對位錯運動的阻力越大，強化）第二相質(zhì)點對位錯運動的阻力越大，強化效果越大。效果越大。沉淀和彌散強化總結(jié)：沉淀和彌散強化總結(jié)：(1)(1)沉淀強化對裂紋擴展所需要的臨界應(yīng)力沉淀強化