吉林大学,考研,材料科学 金属材料的强化方法
金属材料的强化方法
金属材料的强化方法
金属材料的强化方法主要有以下几种：
1. 固溶强化：通过合金元素的固溶作用，改变金属原子的排列方式和力学性能，提高金属的强度和硬度。
常用的合金元素有锰、镍、铬等。
2. 相变强化：通过改变金属的晶体结构，使得金属具有不同的力学性能。
常见的相变强化方法包括质变（如奥氏体-马氏体相变）、回火（如淬火、时效回火等）等。
3. 冷变形强化：通过金属的塑性变形来提高其强度和硬度。
冷变形包括冷轧、冷拔、冷挤压等方法，可以使金属材料的晶粒细化、位错增加，从而提高金属的强度。
4. 细化晶粒强化：通过控制金属的凝固过程或者通过退火过程来使金属晶粒尺寸变小，从而提高金属的强度和硬度。
常见的方法有快速凝固、低温退火等。
5. 晶界强化：通过控制金属晶界的结构和性质，提高金属的强度和硬度。
方法包括控制晶界角度、晶界清晰化等。
6. 精细化析出物强化：通过控制金属合金中的析出物的形成和分布，使其成为有效的强化相，提高金属的强度和硬度。
这些强化方法可以单独应用，也可以组合应用，以达到最佳的强化效果。
同时，不同的金属材料和合金体系适用的强化方法也略有不同，需要根据具体情况进行选择和调整。
材料强化的主要方法
材料强化的主要方法材料强化是指通过改变材料的内部结构和外部形态，使其具有更好的性能和更广泛的应用范围的一种方法。
在材料科学领域，材料强化是一个非常重要的研究方向，通过不同的方法可以实现对材料性能的提升。
本文将介绍材料强化的主要方法，包括金属材料、陶瓷材料和高分子材料等方面。
首先，金属材料的强化方法主要包括固溶强化、析出强化和变形强化。
固溶强化是通过溶质原子溶解在基体中，形成固溶体，使晶格变得更加坚固，从而提高材料的强度和硬度。
析出强化是在固溶体中加入合金元素，通过固溶体中的析出相来增强材料的性能。
而变形强化则是通过冷加工、热加工等方式，使材料的晶粒细化，从而提高材料的强度和塑性。
其次，陶瓷材料的强化方法主要包括晶界强化、相界强化和颗粒强化。
晶界强化是通过控制晶界的结构和能量，来提高材料的韧性和强度。
相界强化是在陶瓷材料中加入第二相，通过第二相与基体之间的界面作用来增强材料的性能。
颗粒强化则是通过在陶瓷材料中加入颗粒，来阻碍裂纹扩展，提高材料的韧性和抗磨损性能。
最后，高分子材料的强化方法主要包括共混强化、填料强化和取向强化。
共混强化是将两种或多种高分子材料混合在一起，通过相互作用来提高材料的性能。
填料强化是在高分子材料中加入填料，如碳纤维、玻璃纤维等，来提高材料的强度和刚性。
取向强化则是通过拉伸、挤压等方式，使高分子链取向排列，从而提高材料的强度和韧性。
综上所述，材料强化的方法多种多样，不同的材料可以采用不同的强化方式来实现性能的提升。
在实际应用中，需要根据材料的特性和使用要求，选择合适的强化方法，从而使材料具有更好的性能和更广泛的应用前景。
希望本文所介绍的材料强化方法能对相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。
金属的强化方法及机理
把某一成分的合金加热到固溶度曲线以B元 素析出，得到过饱和α固溶体，这就是固溶处理。
经固溶处理后的合金在室温下放置或加热到低于溶解度曲线的某 一温度保温，合金将产生脱溶析出，即B将以新相的形式从过饱和 α相中弥散析出，这个过程即是时效。通常将在室温下放置产生 的时效称为自然时效；将加热到室温以上某一温度进行的时效称 为人工时效。
金属材料经冷塑性变形后，其强度与硬度随变形 程度的增加而提高，而塑性、韧性则很快降低的 现象为加工硬化或形变强化。
例如：自行车链条板(16Mn钢板)
原始厚度3.5mm
150HB
五次冷轧后1.2mm 275HB
b=520MPa b>1000MPa
又如：冷拔高强度钢丝和冷卷弹簧是利用加工变 形来提高他们的强度和弹性极限；坦克和拖拉机 的履带、破碎机的颚板以及铁路的道叉等也都是 利用加工硬化来提高他们的硬度和耐磨性的。
实验证明，金属的屈服强度与其晶粒尺寸之 间有下列关系：
σs=σ0+ K/d1/2 此式称为霍耳-配奇公式。
式中：σ0 ——为常数，相当于单晶体的屈服强度； d——为多晶体中各晶粒的平均直径； K——为晶界对强度影响程度的常数， 与晶界结构有关。
σs ——开始发生塑性变形的最小应力
细晶强化机制：晶界是位错运动过程中的障碍。 晶界增多，对位错运动的阻碍作用增强，致使位 错在晶界处塞积（即位错密度增加），金属的强 度增加；在单个晶粒内部，塞积的位错群的长度 减小，应力集中较小，不足于使位错源开动，必 须增加外力。
2、加工硬化机制
金属的塑性变形是通过滑移进行的。在塑性变形 过程中，由于位错塞积（位错运动过程中遇到障 碍受阻）、位错之间的弹性作用、位错割阶等造 成位错运动受阻，从而使材料的强度提高。
金属材料的四大强化机制
金属材料的四大强化机制金属材料的强化机制可真是个让人惊奇的领域，大家有没有想过，金属为什么有的坚固得像铁桶一样，而有的却软得像泥巴？今天就来聊聊这四大强化机制，轻松一下，顺便长长见识。
首先说说固溶强化，这东西听起来挺高大上的，实际上就是把不同的原子混在一起，让金属更坚固。
想象一下，一个本来单打独斗的铁小子，突然被一群不同的小伙伴包围，变得威风凛凛。
这就是固溶强化的魅力，杂质原子进入金属的晶格中，打乱了原本的规律，使得金属的位移变得困难，强度自然就上来了，嘿，这就是一招不错的组合拳。
要知道，金属的晶格就像是一座座房子，杂质原子就像是搬进来的新住户，虽然一开始可能有点不和谐，但久而久之，大家就能和谐共处，形成一种新的平衡。
接下来要说的是第二种，叫做强化相，听起来是不是也很神秘？其实它的原理也不复杂。
想象一下，如果金属的内部长出了“贵族”般的强化相，那就意味着这金属在碰到外力时，不容易被击垮。
强化相就像是战士们在金属的内部组成的小团队，它们能有效阻挡外部的侵袭，像是给金属穿上了一层厚厚的铠甲，让它看起来更强大。
这种机制通常在合金中比较常见，金属与金属之间相互作用，形成不同的相，增强了整体的强度。
这样的金属材料，仿佛就像是一个披着迷彩的超级英雄，随时准备迎接挑战。
再说说第三种机制，叫做析出强化，听上去是不是有点像古代的军队在战斗？其实就是在金属中让一些小颗粒析出来，形成一种“埋伏”，这些颗粒就像是潜伏在战场上的小兵，外力一来，它们就会瞬间出击，增加金属的强度。
这样一来，金属的内部就形成了一个坚固的网络，极大地提升了抗拉强度，嘿，有点像是给金属增添了几分底气。
析出强化的好处在于，不需要太高的温度就能达到预期效果，真是个省事儿的好办法。
最后一个就是叫做晶粒细化，听着是不是像是一道菜的做法？其实这也是强化金属的重要手段。
想象一下，如果金属的晶粒变得更小，就像是把一个大蛋糕切成很多小块，这样一来，每一块蛋糕都更坚韧。
金属材料强化方法
金属材料强化方法金属材料的强化是指通过制造工艺、合金化、热处理等手段，使金属材料的力学性能显著提高的方法。
金属材料的强化可以分为几种方式，包括晶粒细化、位错增多、相变强化、析出相强化等。
下面将详细介绍这几种金属材料强化方法。
首先，晶粒细化是金属材料强化中最常用的方法之一。
通过减小材料的晶粒尺寸，可以显著提高材料的强度和硬度。
晶粒细化可以通过加热和快速冷却等热处理工艺实现，例如快速冷却可以使晶粒尺寸减小，从而提高材料的力学性能。
其次，位错增多也是一种重要的金属材料强化方法。
位错是金属材料中的一种缺陷，位错的增多会增加材料的强度和硬度。
而通过冷变形等加工工艺，可以在材料中引入更多的位错，从而实现强化。
此外，相变强化也可以在金属材料中实现强化。
相变是指材料中的晶体结构由一种类型转变为另一种类型的过程。
不同晶体结构具有不同的力学性能，通过控制相变可以实现材料的强化。
例如，淬火是一种常用的相变强化方法，它可以通过快速冷却使材料的晶体结构发生变化，从而提高材料的强度和硬度。
最后，析出相强化也是一种常用的金属材料强化方法。
析出相是指在合金中形成的一种新的晶体结构，其在晶界和位错附近起到了强化的作用。
通过调整材料中的合金元素含量和热处理工艺，可以促使析出相的形成，从而实现材料的强化。
例如，通过添加适量的合金元素，可以在金属材料中形成均匀分布的析出相，从而提高材料的强度和硬度。
总结起来，金属材料的强化可以通过晶粒细化、位错增多、相变强化和析出相强化等方法实现。
这些方法在工程实践中得到了广泛的应用，可以显著提高金属材料的力学性能，满足不同工程需求。
此外，不同的强化方法可以组合应用，以进一步提高金属材料的性能。
简述金属材料的四种强化机制
简述金属材料的四种强化机制
以《简述金属材料的四种强化机制》为标题，现在金属材料已成为工业生产过程中不可或缺的材料，因而如何有效提高金属材料的力学性能，使其具有高的强度，经久的耐久性以及足够的可塑性，一直是金属材料科学家们努力加以研究的课题。
目前，金属材料的强化机制具有四种：晶内扩散、晶间复合、晶粒细化和塑性变形强化。
第一种金属材料的强化机制是晶内扩散。
在金属材料的制备过程中，要添加一定数量的元素原子，随着材料的温度升高，原子会到达晶粒的表面，然后通过晶界驱动力渗入晶粒内部，产生一种强化效果。
此外，在晶内扩散过程中，可以增加材料的塑性变形，并减少材料的硬度和抗拉强度，因此可以提高材料的延展性，以及增加材料的韧性。
第二种金属材料的强化机制是晶间复合。
此强化机制主要是利用微小量碎陶粒组合成新的晶粒，以改变材料的形状和组成，进而改善材料的力学性能。
碎陶粒的共混物和部分原子可以进一步改变材料的力学性能，使其具有更好的耐磨性和抗拉强度。
第三种金属材料的强化机制是晶粒细化。
主要是通过改变材料的晶粒结构，使晶粒尺寸变得更小，以增加晶粒密度，进而改变晶粒之间的相互作用，改善材料的力学性能。
最后一种金属材料的强化机制是塑性变形强化，是在晶内扩散的基础上，通过塑性变形来改变晶粒的形状，达到改善材料力学性能的目的。
塑性变形强化的主要作用是增加材料的抗拉强度、抗压强度和抗弯曲强度。
总之，金属材料的四种强化机制分别是晶内扩散、晶间复合、晶粒细化和塑性变形强化，各自在工业生产中发挥了重要作用，研究者们还将持续努力，以进一步提升金属材料的力学性能。
金属材料的强化方式
金属材料的强化方式，你了解多少？一、形变强化（或应变强化，加工硬化）01定义材料屈服以后，随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。
02机理随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式，可知强度与位错密度ρ的二分之一次方成正比，位错的伯氏矢量b越大，强化效果越显著。
03方法冷变形，比如冷压、滚压、喷丸等。
04例子冷拔钢丝可使其强度成倍增加。
05形变强化的实际意义(利与弊)（1）利：①形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料，可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加。
②是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形。
③形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。
（2）弊：①形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，始继续变形带来困难，需要消耗更多的功率。
②为了能让材料继续变形，中间需要进行再结晶退火，使材料可以继续变形而不至开裂，增加了生产成本。
二、固溶强化01定义随溶质原子含量的增加，固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。
02机理(1) 溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用。
(2) 位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力。
(3) 溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。
所有阻碍位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。
材料强化的4种方法原理
材料强化的4种方法原理材料强化是通过各种手段提高材料力学性能的方法,常用的强化方法有四种:一、固溶强化固溶强化是在基体金属内溶解强化元素,生成固溶体的一种强化手段。
由于不同原子大小不同,溶质原子的存在會對基体金属矩阵产生扭曲应力和扰动,增加材料的抗变形能力。
常见的固溶强化系统有:铁素体中的碳原子生成碳素体、铜中的锌生成黄铜、铝中的镁生成的析出硬化铝镁合金等。
固溶强化的机理是:溶质原子置换矩阵原子后,由于原子大小差异,会对周围基体原子产生弹性变形场,使位错运动难度增加,从而提高合金的力学性能。
一般来说,溶质原子与基体原子大小相差不超过15%,溶解度不超过几个原子百分比时,固溶强化效果最好。
二、析出强化析出强化是通过在基体金属中生成细小、分散的第二相颗粒来达到强化目的。
析出相颗粒的存在能够阻碍位错运动,提高合金的强度。
析出相的大小、形态、分布状况等参数对强化效果有重要影响。
析出强化的典型合金系统有铝钢中的硝基碳窜、铝合金中的Mg2Si相等。
析出相颗粒一般维持在10-100纳米大小范围,既能提供强化效果,又不损害塑性。
过度析出会导致合金脆化。
合理控制热处理工艺是获得优良析出强化的关键。
三、纤维强化纤维强化是在基体金属中添加高强度、高模量的纤维材料,利用纤维阻挡裂纹扩展来提高力学性能。
常用的纤维有碳纤维、玻璃纤维等。
根据纤维在基体中的分散情况,可分为不连续增强和连续增强两种。
纤维强化复合材料中,载荷主要由纤维承担,基体起固定纤维、传递载荷的作用。
强化效果与纤维量、长度、取向等参数有关。
纤维与基体的界面粘结力也会显著影响材料强度。
四、粒界强化粒界强化是通过细化晶粒尺寸来提高力学性能。
根据哈尔-佩奇关系,随着晶粒尺寸的减小,合金的屈服强度会提高。
这是因为粒界能阻碍位错在晶粒内的运动,使材料变形难度增加。
常见的粒界强化方法有合金元素微合金化、热处理调质、严重塑性变形等。
新兴的奥氏体不锈钢即采用了超细晶粒结构来达到高强度。
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1 固溶强化纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。
合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。
形成固溶体后基体金属的晶格将发生程度不等的畸变, 但晶体结构的基本类型不变。
固溶体按合金组元原子的位置可分为替代固溶体和间隙固溶体; 按溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体; 按合金组元和基体金属的原子分布方式可分为有序固溶体和无序固溶体。
绝大多数固溶体都属于替代固溶体、有限固溶体和无序固溶体。
替代固溶体的溶解度取决于合金组元和基体金属的晶体结构差异、原子大小差异、电化学性差异和电子浓度因素。
间隙固溶体的溶解度则取决于基体金属的晶体结构类型、晶体间隙的大小和形状以及合金组元的原子尺寸。
纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。
固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。
合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。
畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用, 使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。
位错滑移时必须克服气团的钉扎作用, 带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来, 使位错滑移所需的切应力增大。
此外, 合金组元的溶入还将改变基体金属的弹性模量、扩散系数、内聚力和晶体缺陷, 使位错线弯曲, 从而使位错滑移的阻力增大。
在合金组元的原子和位错之间还会产生电交互作用和化学交互作用, 也是固溶强化的原因之一。
固溶强化遵循下列规律: 第一, 对同一合金系, 固溶体浓度越大, 则强化效果越好。
表1 列出了几种普通黄铜的强度值, 它们的显微组织都是单相固溶体, 但含锌量不同, 强度有很大差异。
在以固溶强化作为主要强化方法时, 应选择在基体金属中溶解度较大的组元作为合金元素, 例如在铝合金中加入铜、镁; 在镁合金中加入铝、锌; 在铜合金中加入锌、铝、锡、镍; 在钛合金中加入铝、钒等。
第二, 合金组元与基体金属的表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)原子尺寸差异对固溶强化效果起主要作用。
原子尺寸差异越大, 则替代固溶体的强化效果越好。
此外, 电化学性能的差异和弹性模量的差异对固溶强化效果也有一定影响。
原子尺寸的差异通常用尺寸效应参数εa 表征(, a 为合金的原子间距, c 为固溶体浓度) 。
第三, 对同一种固溶体, 强度随浓度增加呈曲线关系升高, 见图1。
在浓度较低时, 强度升高较快, 以后渐趋平缓,大约在原子分数为50 %时达到极大值。
以普通黄铜为例: H96 的含锌量为4 % , σb 为240MPa , 与纯铜相比其强度增加911 %;H90 的含锌量为10 % , σb 为260MPa , 与H96 相比强度仅提高813 %。
第四, 对同一基体金属, 在浓度相同时, 形成间隙固溶体较形成替代固溶体的强化效果更好, 这是由于间隙固溶体的晶格畸变更为严重之故, 见表2。
但由于间隙固溶体的溶解度一般较小, 其总的强化效果不大。
第五, 在固溶强化的同时, 合金的塑性将降低。
也就是说,固溶强化是以牺牲部分塑性为代价的。
一般来说, 固溶体的塑性降低不多(见图1) ,仍然可以承受塑性加工。
例如, 在铜中加入适当镍形成固溶体, 使其硬度增加到HB60～80 , 延伸率降至50 %; 如果通过形变强化使硬度增加到同样水平, 延伸率将降至1～2 %。
第六, 采用多元少量的复杂合金化原则, 其强化效果较少元多量好, 并且能将强化效果保持到较高温度。
第七, 与其它强化方法相比, 固溶强化的强度增幅较小, 在固溶体浓度较高时更加明显2 细晶强化有色金属生产的第一道工序是熔炼和铸造。
熔炼的目的是合金化和精炼, 铸造的目的是获得成分、组织、性能符合要求的具有一定形状和尺寸的铸锭(或铸件) 。
铸造过程是一个结晶过程, 液态金属在冷凝过程中将通过形核和长大形成由许多晶粒组成的多晶组织。
晶界上原子排列紊乱, 杂质富集,晶体缺陷的密度较大, 且晶界两侧晶粒的位向也不同, 所有这些因素都对位错滑移产生很大的阻碍作用, 从而使强度升高。
晶粒越细小, 晶界总面积就越大, 强度越高, 这一现象称为细晶强化。
图2 表示了铜和铝的屈服强度σs 与亚晶尺寸之间的关系。
细晶强化对单相合金是指晶粒细化, 对多相合金是指基体相晶粒细化和第二相细化。
细晶强化遵循以下规律: 第一, 金属材料的强度与晶粒尺寸之间符合霍尔2配奇公式:, 式中, d 为晶粒平均直径, σ0为位错移动的摩擦阻力, k 是表征晶界对位错滑移阻碍作用的常数。
第二, 细晶强化在提高强度的同时, 也提高材料的塑图2 铜和铝的σs 与亚晶尺寸的关系图3 金属材料的应力2应变曲线性和韧性, 是金属材料常用的强韧化方法之一。
这是因为细晶材料在发生塑性变形时各个晶粒变形比较均匀, 可以承受较大变形量之故。
第三, 细晶强化的效果不仅与晶粒大小有关, 还与晶粒的形状和第二相晶粒的数量和分布有关。
欲取得较好的强韧化效果,应防止第二相晶粒不均匀分布以及形成网状、骨骼状、粗大块状、针状等不利形状。
第四, 晶粒大小常会出现“组织遗传”现象, 即一旦在生产中的某个环节形成了粗大晶粒, 以后就难以细化。
故晶粒度始终是有色金属各个生产工序中的一个重要质量指标。
第五, 晶界在室温下阻碍位错滑移, 在高温下却成了材料的脆弱之处, 且材料在高温下的塑性变形机制与室温塑性变形机制也有所不同, 故细晶强化仅适用于提高室温强度, 对提高高温强度并不适用, 甚至适得其反。
细晶强化在有色金属生产过程中得到广泛应用。
在铸造时, 晶粒大小取决于形核率和长大速率, 任何使形核率提高和长大速度降低的因素均可使晶粒细化。
对较小的铸锭, 常用的方法是增大冷却速度以提高结晶时的过冷度, 从而提高形核率。
对较大的铸锭, 常采用机械振动、电磁振动、超声波处__理等方法, 使正在生长的晶粒破碎并因此提供了更多的晶粒, 从而细化晶粒。
更常用的方法是向熔体中加入适当的变质剂(孕育剂) , 它们均匀地分布在熔体中, 或作为非自发形核的固相基底使形核率大大提高(如在含115 %Mn 的铝液中加入0109 %Ti) ; 或被吸附在正在生长的晶粒表面, 阻碍晶粒长大(如在Al2Si 合金熔体中加入钠盐) ; 或与晶体发生化学作用, 使晶粒的形状发生改变。
选用变质剂虽有一定的理论根据, 但目前仍主要通过试验确定。
由表3 可见, 经变质处理的强化效果是十分明显的。
在随后的生产过程中, 还可以通过塑性加工、退火、热处理等工艺细化组织。
对材料进行大变形量塑性变形然后进行低温、短时再结晶退火, 可以细化晶粒。
在热处理过程中采用快速加热技术和适当的热处理工艺, 也可以细化组织。
3 形变强化形变强化亦称为冷变形强化、加工硬化和冷作硬化。
生产金属材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金属材料发生塑性变形, 使其具有预期的性能、形状和尺寸。
在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。
金属材料在冷变形过程中强度将逐渐升高, 这一现象称为形变强化。
形变强化现象在材料的应力2应变曲线上可以明显地显示出来, 见图3。
图中的BC段称为流变曲线, 它表示在塑性变形阶段, 随着应变增加, 强度将呈曲线关系提高。
形变强化的机理是: 冷变形后金属内部的位错密度将大大增加, 且位错相互缠结并形成胞状结构(形变亚晶) , 它们不但阻碍位错滑移, 而且使不能滑移的位错数量剧增, 从而大大增加了位错滑移的难度并使强度提高。
在一般情况下, 流变切应力τ与位错密度的平方根ρ-2/1呈线性关系, 即τ=τ0+αGbρ-2/1(τ0为无形变强化对位错滑移所需切应力; G 为材料的切变模量; b 为位错柏氏矢量; α为取决于材料特性的常数, 一般为013～015) 。
形变强化遵循以下规律: 第一, 随着变形量增加, 强度提高而塑性和韧性逐渐降低, 逐渐接近于零, 见图4。
第二, 随着塑性变形量增加, 强度呈曲线关系提高, 见图。
这一关系可用流变公式表示: σ= kεn( k 为强化系数; n 为应变硬化指数) 。
当ε较小时, 强度增值较大, 以后渐趋平缓。
第三, 形变强化受材料塑性限制, 当变形量达到一定程度后, 材料将发生断裂报废。
第四, 形变强化的效果十分明显, 强度增值较大, 可达百分之几十甚至一倍以上。
例如,纯铜经强烈冷变形, 强度极限σb 可从220MPa 提高至450MPa ; 工业纯钛通过形变强化, 使σb 可从750MPa 提高至1300MPa 。
第五, 形变强化仅适用于冷变形。
在温度高于再结晶的热加工过程中, 由于同时发生导致材料软化的回复和再结晶, 形变强化将不发生或不明显。
第六, 形变强化可以通过再结晶退火消除, 使材料的组织和性能基本上恢复到冷变形之前的状态。
形变强化在工业上具有广泛的实用价值, 几乎适用于所有的有色金属材料, 并且是纯金属、单相固溶体合金和热处理不强化合金的主要强化方法。
某些有色金属在冷变形后能形成较好的形变织构, 从而在一定方向得到强化, 这个现象称为织构强化, 在工业上也有一定实用价值(如钛合金板材的织构强化) 。
4 第二相强化第二相强化亦称过剩相强化。
目前工业上使用的合金大都是复相或多相合金,其显微组织为在固溶体基体上分布着第二相(过剩相) 。
第二相是通过加入合金元素然后经过塑性加工和热处理形成,也可通过粉末冶金等方法获得。
第二相大都是硬脆、晶体结构复杂、熔点较高的金属化合物,有时是与基体相不同的另一种固溶体。
第二相的存在一般都使合金的强度升高,其强化效果与第二相的特性、数量、大小、形状和分布均有关系,还与第二相与基体相的晶体学匹配情况、界面能、界面结合等状况有关,这些因素往往又互相联系,互相影响,情况十分复杂。
如果第二相的尺寸与基体相晶粒属于同一数量级,称为聚合型多相合金。
复相黄铜、铝硅合金、α+β型钛合金、部分轴承合金都属于这类合金。
假设在变形时各相的流变相等,则流变应力σa = f 1σ1 + f 2σ2 ,即并非所有的第二相都能产生强化作用,只有当第二相强度较高时,合金才能强化。
如果第二相是难以变形的硬脆相,合金的强度主要取决于硬脆相的存在情况。
当第二相呈等轴状且细小均匀地弥散分布时,强化效果最好;当第二相粗大、沿晶界分布或呈粗大针状时,不但强化效果不好,而且合金明显变脆。
如果第二相十分细小, 并且弥散分布在基体相晶粒中, 称为弥散分布型多相合金。
经过淬火+ 时效处理的铝合金、经过淬火+时效处理的钛合金、以及许多高温合金和粉末合金均属于这类合金。
有时将过饱和固溶体进行时效处理沉淀出弥散第二相产生的强化作用称为沉淀强化, 而将通过粉末冶金方法加入弥散第二相产生的强化作用称为弥散强化。