金属材料改性原理
材料的改性
材料的改性材料的改性是指通过对材料的物理或化学处理，改变其性质和特性的过程。
改性材料可以具有更好的机械、热学、电学、光学等性能，以满足特定的需求。
以下是关于材料改性的一些常见方法和应用。
1. 聚合物改性：聚合物是一种常见的材料，可以通过掺杂、共聚、交联、化学修饰等方法来改性。
例如，在聚合物中添加纳米填料，可以提高材料的强度、硬度和抗磨损性；通过共聚反应，可以改变聚合物的化学结构，使其具有特定的功能，如光学透明性、高温耐性等。
2. 金属改性：金属是一种常见的结构材料，可以通过热处理、表面处理、合金化等方法来改性。
例如，通过热处理可以改变金属的晶体结构，提高材料的强度和韧性；通过合金化可以改变金属的化学成分，使其具有特定的性能，如耐腐蚀性、耐高温性等。
3. 纳米材料改性：纳米材料具有特殊的物理和化学性质，可以通过控制纳米结构的大小、形状和组成来改变其性能。
例如，通过纳米颗粒的掺杂可以增强材料的导电性和导热性；通过纳米层的覆盖可以改善材料的光学透过性和光学效应。
4. 复合材料改性：复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的新材料，可以通过控制材料的成分和结构来改变其性能。
例如，通过在聚合物基质中添加纤维增强剂，可以提高材料的强度和刚度；通过在金属基质中添加陶瓷颗粒，可以提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
材料的改性在许多领域具有广泛应用。
例如，在汽车制造中，可以通过改性材料来提高汽车的轻量化和节能性能；在电子器件制造中，可以通过改性材料来提高电子元器件的性能和可靠性；在环境保护中，可以通过改性材料来提高废水处理和废气治理的效率和效果。
但是，在材料的改性过程中也存在一些问题和挑战。
一方面，改性过程可能会改变材料的其他性能，导致性能的退化或不稳定；另一方面，改性过程可能需要复杂的工艺和设备，增加生产成本和复杂度。
因此，在进行材料改性时，需要综合考虑材料的特性和需求，选择合适的改性方法和条件，以实现最佳的改性效果。
总之，材料的改性是一项重要的技术，通过改变材料的结构和组成，可以使其具有特定的性能和特性，以满足不同领域的需求。
TD技术--汽车模具表面超硬改性技术
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十、主要技术指标
工业应用：国内数十家用户信息填制的《用户信息反馈表》 相同工况下平均提高10倍以上。
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十二、耐磨试验－－磨痕对比
•VC的TD涂层耐磨性比Cr12MoV基体提高44.9倍
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十三、耐磨试验－－磨痕OM形貌
•未经TD处理
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十四、试样磨痕宽度及最大磨损深度参数
五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项
粉末渗硼
变形小，生产周期短，可以 加工大的工件，成本低。 生产周期短，成本低。
成本低。
钨钴类硬质合金
基体的一致性好。
劣势
涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不 好，易剥离，只能加工小件。
涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不 好，易剥离，只能加工小件，生产 过程不环保。
硬度不高，不耐磨，易剥离。
硬度不高、不耐磨、不环保。 硬度不高，不耐磨，硬化层不均匀
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四、TD还有哪些功效？
耐磨 优于硬质合金 耐腐蚀 优于镀铬或者不锈钢材料 超导 等同或接近于超导材料
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五、拨开TD神秘的面纱
TD是一种化学热处理，化学是一名精确的科学。TD的工艺过 程其实就是一个氧化还原反应的一个过程。任何东西掌握了就不 再神秘。 以单渗钒为例： 铝、镁还原金属氧化物，获得活性金属原子 10Al＋3V2O5==5 Al 2 O3＋6[V] 以上反应获得活性钒原子[V]，实现渗钒。
金属材料表面改性技术研究
金属材料表面改性技术研究金属材料表面改性技术是一种将物体表面进行物理或化学处理，以增强其表面性能和性质的技术。
随着现代科学技术的不断发展，金属材料表面改性技术已成为现代制造业的一个重要组成部分。
一、金属材料表面改性技术的概述目前，金属材料表面改性技术主要包括机械加工、光照处理、等离子体镀膜、电化学处理、离子注入、激光处理、等等。
其中，机械加工是一种通过机械方式对材料表面进行加工的方法。
光照处理则是指通过光照或激光束对金属表面进行处理。
等离子体镀膜技术是一种通过等离子体对金属表面进行处理的方法，其基本原理是在反应室内加入气体，产生等离子体，并将其沉积在材料表面上。
电化学处理技术则是一种通过电解的方式对金属表面进行处理的方法。
离子注入技术主要使用离子束对金属表面进行改性。
激光处理技术是利用激光束对材料表面进行加工处理的技术。
二、金属材料表面改性技术的应用金属材料表面改性技术在航空航天、军事、电子、汽车、机械等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，金属材料表面改性技术可以增加飞机的机翼性能、提高超音速飞机抗热能力、改善发动机推进性能。
在军事领域，金属材料表面改性技术可以提高建筑结构的强度和抗震能力、改善军备装备的性能和可靠性。
在电子领域，金属材料表面改性技术可以提高电子元器件的导电率和耐腐蚀性。
在汽车领域，金属材料表面改性技术可以增强汽车零部件的硬度、强度和耐磨性，降低汽车排放的排放量。
在机械领域，金属材料表面改性技术可以提高机械元器件的强度和耐蚀性。
三、金属材料表面改性技术的发展趋势未来的金属材料表面改性技术将会更加重视环保和可持续性发展。
目前，越来越多的研究表明，许多表面改性添加剂会对环境或人体健康产生负面影响。
因此，未来金属材料表面改性技术的趋势将是寻找新的、可持续的改性技术和材料，以减少对环境的污染和对人体的伤害。
同时，还将越来越注重智能化和精度。
未来，通过集成机器学习和人工智能技术，将实现金属材料表面改性技术的自动化、精度和远程操作。
金属材料表面改性的制备及应用
金属材料表面改性的制备及应用金属材料作为工程材料的重要组成部分，在现代工业中发挥着不可替代的作用。
然而，在实际应用中，由于外界环境的影响，金属材料表面容易出现氧化、腐蚀等现象，从而导致材料性能的下降。
为此，表面改性技术应运而生，通过改变金属材料表面的化学、物理性质，从而可以提高金属材料的性能，并延长其使用寿命。
本文将探讨金属材料表面改性的制备及应用。
一、金属表面改性的常见方法1.化学氧化：金属材料表面化学氧化是通过利用金属表面吸附氧气并在氧气中形成金属氧化物的化学反应来实现的。
该方法操作简单、成本低廉，但易受外界环境的影响，导致氧化层密度不均匀。
2.物理氧化：物理氧化可以通过高温氧化、阳极氧化等方式来实现。
其制备的氧化层密度、颜色和成分均可调控，具有较好的稳定性。
3.化学镀层：化学镀层是将金属置于含有金属离子的溶液中，利用还原-氧化反应在表面形成金属薄层。
该方法制备的材料表面平整度好、质量均匀、附着力强，但环境要求较高，难以应用于大规模生产。
4.物理镀层：物理镀层包括真空镀层、喷涂镀层等方法。
该方法制备的可降解性“纳米壳”具有高度可控性和良好的稳定性，可被广泛应用于涂料、塑料、高分子材料和生物医学等多个领域。
二、金属表面改性的应用1.防腐材料：金属腐蚀是生命与财产安全的大敌。
利用表面改性技术，可以制备出具有很强防腐和耐酸碱性能的金属材料。
在国防、化工、航空、航天等多个工业领域已经得到广泛应用。
2.材料复合：表面改性技术可以将不同性质的材料表面改性，制备出具有多种性质的复合材料。
例如，在化工、航空、汽车等行业中，利用表面改性技术可以将金属材料和非金属材料进行复合，制备出具有优异性能的复合材料。
3.制造新型材料：表面改性技术可以将磁性、光电性、催化性等性能引入到金属材料中，制备出一系列具有特殊性质的新型材料。
在电子材料、化学材料、医学材料等领域有着广泛的应用前景。
4.金属材料加工：利用表面改性技术可以制备出具有优异性能的钢铁、铝材等金属材料，用于汽车、火车、高速公路等交通运输领域，能够大大提高机械设备的安全性和寿命。
金属材料的改性处理
由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体 的差别很大，故铁素体向奥氏体的转变速度 要比渗碳体向奥氏体的溶解快得多。渗碳体 完全溶解后，奥氏体中碳浓度的分布是不均 匀的，原来是渗碳体的地方碳浓度较高，原 先是铁素体的地方碳浓度较低，必须继续保 温，通过碳的扩散获得均匀的奥氏体。
上述奥氏体的形成过程可以看成由奥氏体形
未转变而被保留下来。通常将奥氏体在冷
却过程中发生相变后，在环境温度下残存
的奥氏体叫做残余奥氏体，因此马氏体转 变量主要取决于Mf线。奥氏体中的含碳量 越高，Mf点越低，转变后的残余奥氏体量 也就越多，如图5-11所示。
马氏体的显微组织形态主要有板条状和片状两种
含碳量小于0.2％时，马氏体呈板条状，如图5-12 所示
据冶金部标准规定，本质晶粒度是将钢加 热到930±10℃、保温3～8小时冷却后，在 显微镜下放大100倍测定的奥氏体晶粒的大 小
本质细晶粒钢在加热到临界点Ac1以上直到 930℃晶粒并无明显长大，超过此温度后,由 于阻止晶粒长大的氧化铝等不熔质点消失 ，晶粒随即迅速长大
本质粗晶粒钢，由于没有氧化物等阻止晶 粒长大的因素，加热到临界点Acl以上，晶 粒开始不断长大
金属材料的改性处理
2024年2月5日星期一
5.1金属材料的改性处理理论基础
5.1.1钢在加热时的组织转变 Fe-Fe3C相图中，PSK、GS、ES三条线是钢的固
态平衡临界温度线，分别以A1、A3、Acm表示 但在实际加热时，相变临界温度都会有所提高
。为区别于平衡临界温度，分别以Ac1、Ac3、 Accm表示 实际冷却时，相变临界温度又都比平衡时的临 界温度有所降低，分别以Ar1、Ar3、Arcm表示
贝氏体的力学性能完全取决于显微组织结 构和形态。上贝氏体中铁素体较宽，塑性 变形抗力较低。同时渗碳体分布在铁素体 之间，容易引起脆断，在工业生产上应用 价值较低。下贝氏体组织中的片状铁素体 细小，碳的过饱和度大，位错密度高。而 且碳化物沉淀在铁素体内弥散分布，因此 硬度高、韧性好，具有较好的综合力学性 能。共析钢下贝氏体硬度为 45～55HRC，生产中常采用等温淬火的方法 获得下贝氏体组织。
材料表面改性技术
离子渗氮法是由德国人B. Berghaus于1932年发明的。 原理：在0.1~10Torr的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极， 在阴阳极间加上数百伏的直流电压，由于辉光放电现象便会产生象霓虹 灯一样的柔光覆盖在被处理工件的表面。此时，已离化了的气体成分被 电场加速，撞击被处理工件表面而使其加热。同时依靠溅射及离子化作 用等进行氮化处理。
3、喷丸表面质量及影响因素
（1）喷丸表层的塑性变形和组织变化
金属表面经喷丸后，表面产生大量凹坑形式的塑性变形，表层 位错密度大大增加，而且还会出现亚晶界和晶粒细化现象。喷 丸后的零件如果受到交变载荷或温度的影响，表层组织结构将 产生变化，由喷丸引起的不稳定结构向稳定态转变。
如：渗碳钢表层存在大量残余奥氏体。喷丸后，这些残余奥 氏体转变成马氏体而提高零件的疲劳强度。
感应加热表面淬火
（一）感应加热基本原理
利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并 使之迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的 淬火方法。
• 当感应圈中通过一定频率交流电时， 在其内外将产生与电流变化频率相同 的交变磁场。将工件放入感应圈内， 在交变磁场作用下，工件内就会产生 与感应圈频率相同而方向相反的感应 电流。感应电流沿工件表面形成封闭 回路，通常称之为涡流。
化学热处理渗层的基本组织类型：单相固溶体；化合物；同时存在 固溶体、化合物的多相深层
形成扩渗层的3个基本条件：
（1）渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。 要满足这一要求，溶质原子与基体金属原子相对直径的大小、 晶体结构的差异、电负性的强弱等因素必须符合一定的条件
（2）欲使渗入元素与金属之间直接接触，必须创造相应的工艺条 件来实现
第五章金属材料的改性处理
5.1.1 钢在加热时的组织转变
一 、 奥氏体的形成 二 、 奥氏体晶粒度及对钢的力学性能的影响
• 奥氏体化：将钢加热到临界点以上时，其组织 将发生珠光体向奥氏体的转变，这种加热时获 得完全或部分奥氏体组织的过程。 • 我们以共析钢为例来说明奥氏体的形成过程。
一、奥氏体的形成
1、奥氏体晶核的形成
???
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
550～350℃: B上（形成过程）; 40～45HRC;
过饱和碳铁素体呈条状 渗碳体呈羽毛状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
钢的本质晶粒度示意图
（3）影响奥氏体晶粒度的因素
1）加热温度、速度和保温时间
在一般加热速度下，加热温度越高，保温时间越 长，晶粒长大的倾向越大，实际晶粒度越大。 当加热温度一定时，加热速度快，奥氏体在较 高温度下形成的起始晶粒小，停留的时间短，晶粒 长大的倾向就小，因而快速加热可细化晶粒。
2）钢料的化学成分
（2）奥氏体晶粒度
晶粒度：晶粒尺寸大小的一种尺度。是指将钢加 热到相变点以上某一温度，并保温给定时间所得 到的奥氏体晶粒度的大小。按照标准可分为八个 等级，一级最粗，八级最细。
1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。
2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 3.本质晶粒度:在规定条件下奥氏体晶粒的长大倾向。 （在930℃以下,保温3～8小时冷却，显微镜下放大 100倍测定的奥氏体晶粒的大小。）
金属材料表面处理与改性技术
金属材料表面处理与改性技术随着工业技术的不断发展，金属材料的应用范围已经涵盖了各行各业。
但是，金属材料表面的缺陷和不足也成为了使用中的限制因素。
为了改善金属材料表面的性能，人们开展了各种金属材料表面处理与改性技术的研究。
一、金属材料表面处理技术1.化学镀层化学镀层这种表面处理技术是通过制定特定的溶液体系，将一层或多层的金属材料化学吸附到被处理材料上，从而在金属材料表面形成一层具有一定厚度和均匀及密度的金属化合物覆盖。
化学镀层技术不仅能够提高金属材料的耐蚀性及机械性能，而且能够增强金属材料表面的装饰性能。
另外，化学镀层技术还可以减轻被处理材料的重量，以及对环境的影响很小。
2.物理镀层物理镀层是给金属材料表面通过物理方式使金属在目标材料上形成一层薄薄的金属覆盖层的方法。
物理镀层的形成是通过高真空、离子束溅射或电子束溅射等方式，直接在金属材料表面形成一层具有一定厚度、均匀及密度的金属覆盖层。
物理镀层的优点在于其具有非常高的耐磨性和平滑度，不会改变被处理材料的机械性质，还有很好的风险控制能力和环境控制能力。
另外，物理镀层还可以减轻被处理材料的重量。
3. 气相沉积气相沉积技术可以在金属材料表面形成具有很好特性的膜，这种表面膜是由气体在室温下生成而形成的。
该技术具有制备快速，膜形成均匀一致等优点。
其在金属材料表面的化学性质稳定，具有很好的耐蒸发和防腐蚀性能，且可以在夹具、机械及汽车零部件等多种行业应用。
二、金属材料改性技术1.表面机械处理技术表面机械处理技术是远古的一种表面改性技术。
其主要通过机械压力和热处理等方式来改善金属材料表面的机械性能、耐热性和防止金属结构形变等缺陷。
常见的机械处理方法包括淬火与回火、冷、热拔、酸洗等。
2.表面合金化技术表面合金化技术主要是将固体、液体或气体中的一种或多种高温凝固物质等合金化材料部分通入金属材料表面，以改变金属材料表面的物理性能和化学性质。
表面合金化技术有许多优点，如能够改进和集成材料的物理性质和热力学特性，提高材料的强度和寿命等等。
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第1章 绪论
1.2 材料的发展与人类的 进步 钢、铝、钛、镁、铜世界年产量和我国年产量的变化图（ 20世纪初至今）
第1章 绪论 1.2 材料的发展与人类的 进步 其它材料的近代发展历程：
• 二十世纪初，人工合成有机高分子材料相继问世：1909年的酚醛树脂 （电 木）、1920年的聚苯乙烯、1931年的聚氯乙烯和1941年的尼龙。 • 二十世纪中叶，通合成及其它方法，制备出各种类型的先进陶瓷材料， 如： Si3N4, SiC, ZrO2等。 • 二十世纪中叶开始出现先进复合材料：树脂基已经得到广泛应用，金 属基复 合材料在汽车和航天航空领域开始应用，陶瓷基复合材料在1000－
金属材料改性原理
耿 林
哈尔滨工业大学 材料科学与工程学
第1章 绪论 1.1 材料的定义及分 类 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其它产品的那些物
质。材料是物质，但不是所有的物质都可以称为材料。材料是人类赖以 生存和发展的物质基础。 按物理化学属性，材料可以分为：金属材料，无机非金属材料，有 机高分子材料，以及不同类型材料组成的复合材料。 按应用领域，材料可以分为：电子材料，航空航天材料，核材料， 建筑材料，能源材料，生物材料等。 按使用用途，材料可以分为：结构材料和功能材料。 按先进性，材料可以分为：传统材料和新材料（先进材料）。
过渡相θ”相形成
第二阶段：
•在θ”基础上长大。 •晶体结构为正方点阵：a=4.04A, c=5.8A。 •与母相保持部分共格。 •形状为圆盘状。 •尺寸与θ”相相比有明显长大。
过渡相θ’相形成
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.1 相变强化
2.1.2 铝合金的固溶与时效强化 （5）Al-4%Cu合金的时效强化
③马氏体强度和硬度偏高，塑性和韧性偏差，需要回火改善其综合性能。
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
2.1.1 钢的马氏体相变强化
马氏体照片 珠光体照片
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
2.1.2 铝合金的固溶与时效强化 （1）合金元素在铝中的存在形式 ① 铝中常用的合金元素：Mg, Si, Cu, Zn等。
经过550℃固溶处理并淬火后，可以获得单相过饱和铝基固溶体非平衡相，再加 热到130℃时效，在过饱和固溶体中将发生以下析出过程： G.P.区 → θ ”→θ ’→θ 前期阶段： •靠浓度起伏的均匀形核。 •晶体结构与母相过饱和固溶体相同。 •与母相保持完全共格。 •形状为圆盘状。 •直径为一至几十纳米，厚度为几个原子层。
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.3 变形强化
2.3.1 变形强化指数
绝大多数金属在室温下屈服后，要使塑性变形继续进行，必须不断增大应力， 在真应力真应变曲线上表现为流变应力不断上升，这种现象称为变形强化。 真应力和真应变的关系可以表示为：
C原子 Fe原子
• 碳在铁晶体结构的间隙位置处存在
• 在α铁中碳的最大溶解度是0.0218％ • 在γ铁中碳的最大溶解度是2.11％ ②形成化合物：Fe3C（含碳量为6.7％）
α铁
γ铁
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
2.1.1 钢的马氏体相变强化 （3）平衡冷却得到的相和组织 平衡相：铁素体＋渗碳体 平衡组织：
③ 影响时效强化效果的因素：
• 第二相的尺寸越小、含量越多、分布越均匀，时效强化效果越大。 • 第二相与基体共格，时效强化效果越大。
• 第二相的形状对强化效果有影响。
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.1 相变强化
2.1.2 铝合金的固溶与时效强化 （5）Al-4%Cu合金的时效强化
Al-Cu合金中，室温下Cu在Al中的最大溶解度为1％左右，而550℃下Cu在Al中 的最大溶解度为5％左右。因此Al-4％Cu合金在室温下的平衡组织由Al基固溶体和化 合物CuAl2相组成。
位错穿越晶界时受阻及方向改变示意图
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.2 晶粒细化强 2.2.2 晶粒尺寸与材料性能的关系 化
Hall-Petch equation：
sy— 屈服强度
sy= so+kyd-1/2
so，ky — 材料常数
d — 晶粒半径Biblioteka Hall-Petch 关系不适用于粗大晶粒和极细小晶粒尺寸。
第1章 绪论 1.2 材料的发展与人类的 进步 材料的发展是人类进步程度的重要标志，是人类社会发展的里程碑。
• 一百万年以前，人类开始进入旧石器时代，可以用石头作工具。 • 一万年以前，人类开始进入新石器时代，将石头加工成器皿和工具， 在8000 年前，开始人工烧成陶器，用于器皿和装饰品。 • 五千年以前，人类开始进入青铜器时代，青铜浇铸成型，人类开始大 量使用 金属，河南安阳的鼎，湖北隋县的编钟，西安的青铜车马等。 • 三千年以前，人类开始进入铁器时代，生铁冶炼及处理技术推动了农
② 合金元素在铝中的存在形式：
•形成置换固溶体，溶解度随温度提高而增大，在某一温度达到最大。 •与铝或其它合金元素形成化合物，如：Mg2Si, Al2Cu, Al3Zn等。 合金元素原子 铝原子
（2）平衡冷却得到铝合金的相和组织
① 平衡相：平衡铝基固溶体＋化合物
②平衡组织：化合物尺寸较大，与基体不共格，往往分布于晶界
第1章 绪论 1.4 材料科学技术发展的 重点
• 开发先进材料 材料制备新技术的开发；新材料的设计与制备； • 改进现有材料 传统材料的改性；先进复合材料的研制。 • 材料的应用 材料的应用要考虑的主要因素有：材料的使用性能；材料的使用寿 命及可靠性；材料制备、加工与使用期间与环境的适应性；价格。 • 科学仪器与检测装置
第1章 绪论 1.5 金属材料改性原理的主要内 容
整
相变强化，晶粒细化，
体
材 料 改 性
不改变整体成分 改变整体成分
变形强化 合金化， 复合强化
改
性 表
面
改 性
不改变表面成分
表面相变硬化，表面晶粒细化， 表面残余应力控制 表面合金化，表面复合化，
改变表面成分
表面涂层处理
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
•亚共析钢：铁素体＋珠光体 •共析钢：珠光体
（4）快速冷却得到的相和组织 非平衡相：马氏体 非平衡组织：
•低碳钢：板条状马氏体 •中碳钢：板条状马氏体＋片状马氏体
•过共析钢：珠光体＋渗碳体
•高碳钢：片状马氏体
性能特点：强度低，塑性好
性能特点：强度高，塑性低
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
2.1.1 钢的马氏体相变强化 （5）马氏体强化机理 ①固溶强化：过饱和间隙碳原子－晶格畸变－应力场－与位错交互作用－阻碍位错运动。 ②相变强化：相变切变特性－晶体内部晶体缺陷密度提高－阻碍位错运动。 ③时效强化：碳原子偏聚－碳化物弥散析出－钉轧位错－阻碍位错运动。 （6）马氏体的塑性和韧性 ①片状马氏体强度和硬度高，但塑性和韧性差。 ②板条状马氏体在具有较高的强度和硬度同时，塑性和韧性较高。
2.2 晶粒细化强 2.2.2 晶粒尺寸与材料性能的关系 化
冷变形黄铜退火后晶粒尺寸演化规律：
(a) (e)
(b) (f)
(c)
(d)
退火过程中再结晶和晶粒长大组织照片
(a)冷加工状态，33%CW； (b)再结晶起始阶，580oC 3s； (c)部分再结晶阶段，580oC 4s； (d)完全再结晶阶段，580oC 8s； (e)晶粒长大，580oC 15min； (f)晶粒长大，700oC 10min；
第三阶段： •在θ’相基础上长大。 •晶体结构为正方点阵：a=6.07A, c=4.87A。 •与母相不共格。 •形状为块状。 •尺寸很大。
平衡相θ相形成
时效强化：
•Al-Cu合金的时效强化相主要为G.P.区和θ”相。 •θ”相强化效果最大。 •出现θ’相后硬度开始下降。
第2章 不改变整体成分的整体改性
第1章 绪论 1.2 材料的发展与人类的 进步 金属材料的近代发展历程：
• 十八世纪发明了蒸汽机，十九世纪发明了电动机，对金属材料要求提 高。
• 1854年发明了转炉炼钢，1864年发明了平炉炼钢，1890年年产2800万 吨钢。
• 十九世纪末开始电炉炼钢，各种特殊钢相继问世：1987年的高锰钢、 1890年 的高速钢（W18Cr4V）、1903年的硅钢、1910年的奥氏体不锈钢 （Cr18Ni8)。
第2章 不改变整体成分的整体改性 2.1 相变强化
2.1.2 铝合金的固溶与时效强化 （3）铝合金的固溶强化 ① 合金元素存在状态：全部合金元素过饱和固溶在基体铝中。
② 固溶强化机理：合金元素与铝原子尺寸差－晶格畸变－应力场－
与位错交互作用－阻碍位错运动。
③ 影响固溶强化效果的因素：
• 合金元素与铝原子尺寸差越大，固溶强化效果越大。 • 合金元素的过饱和度越大，固溶强化效果越大。
（1）提高凝固速率，增加过冷度，提高形核率，从而细化晶粒。 （2）强塑性变形，随后退火热处理，产生细小再结晶晶粒。 （3）物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积法、机械合金化法、等径角挤压 法(ECAP)、高压扭转法等晶粒细化工艺方法。
等径角挤压法示意图及纯Cu八道次微观组织
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.1 相变强化
2.1.2 铝合金的固溶与时效强化 （5）Al-4%Cu合金的时效强化
a)
b)
c)
d)
(000) 90o (020) (200)
q？phase
2024Al合金中第二相析出强化组织照片 2024Al合金中GP区及q ，析出相
第2章 不改变整体成分的整体改性
2.2 晶粒细化强 2.2.1 晶粒细化方法 化
2.1.1 钢的马氏体相变强化 （1）纯铁的同素异构转变