金属材料的强韧化研究
金属材料强韧化原理及应用ppt课件
Water – icosahedron（二十面体） Ether – dodecahedron（十二面体）
2020/5/3
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金属材料强韧化原理及应用 概述 — 金属材料发展历史回顾 人类对材料微观结构认识的发展过程
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金属材料强韧化原理及应用
金属材料强韧化机理
物理强韧化：是在金属内部晶 体缺陷的作用和通过缺陷之间 的相互作用，对晶体的力学性 能产生一定的影响，进而改变 金属性能
化学强韧化：是元素的本质决 定的因素以及元素的种类不同 和元素的含量不同造成的材料 性能的改变
物理强韧化
化学强韧化
Q:相交处的强韧 化机制是什么？
固溶强化
弥散强化
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金属材料强韧化原理及应用
金属强化的途径
细晶强化
Grain refine strengthening: 通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为 细晶强化。
Decreasing grain size ⇒ σy increases ⇒ εu vanishes
即为通常所讲的强度上升， 而塑性下降。
未取向，实际强度比理论值小1000倍左右
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金属材料强韧化原理及应用
一些金属材料的理论强度与实际强度
实际材料断裂时的临界分切应力
金属
临界分切应力m （MPa）
实验值 理论值
金属
临界分切应力m （MPa）
实验值 理论值
Al 1.3
4.3
Mn 0.8
金属材料强韧化机理及超高强钢开发
一、概述金属材料一直以来都是工程领域中广泛应用的材料之一，其强韧性一直是研究的热点之一。
随着科学技术的不断发展，人们对金属材料强韧化机理及超高强钢的研究也越发深入。
本文将从金属材料强韧化的概念和机理入手，探讨目前超高强钢的开发及应用情况，并对未来的发展方向进行展望。
二、金属材料强韧化的概念及机理1. 强韧化的概念强韧化是指在不同的外力作用下，材料能够保持其在应力下的强度和韧性。
强韧化材料具有抗拉伸、抗弯曲和抗扭转等性能较强的特点。
强韧化的目的是提高材料的使用安全系数，延长材料的使用寿命。
2. 强韧化的机理强韧化的机理包括晶界强化、位错强化和析出强化等。
晶界强化是指通过控制晶界的特性来增强材料的强韧性；位错强化是通过引入位错来增强材料的韧性；析出强化是指通过固溶体中析出出特定的固溶体来增强材料的性能。
三、超高强钢的开发及应用1. 超高强钢的研究历程超高强钢的研究始于二十世纪六十年代，经过多年的发展，目前已经取得了一系列重要的突破。
超高强钢具有高强度、高韧性和良好的冷成型性能，广泛应用于汽车、桥梁和建筑等领域。
2. 超高强钢的应用情况目前，超高强钢在汽车轻量化领域的应用较为广泛，能够显著提高汽车的安全性能和燃油利用率。
超高强钢还被应用于船舶制造、航空航天和军工等领域，取得了良好的效果。
四、未来发展方向展望1. 现代材料加工技术的发展随着现代材料加工技术的不断进步，越来越多的新型金属材料被开发出来。
未来，随着3D打印、激光焊接等新技术的应用，超高强钢的研究和生产将更加多样化和精细化。
2. 新材料的研究与应用未来，人们将更加注重绿色环保型材料的研究与开发，以满足社会可持续发展的需求。
对于高温、高压等复杂工况下的材料需求也将逐渐增加，超高强钢在这些领域的研究与应用将会成为重点。
3. 国际合作与交流未来，随着国际合作与交流的深入，超高强钢的研究与应用将会更加国际化。
通过与国际先进技术的合作，可以更好地借鉴和吸收先进的技术和经验，推动超高强钢的发展。
材料科学基础材料韧化基本原理
材料的强韧化
三、无机非金属材料的韧化机理
(1) 相变增韧 ZrO2陶瓷中四方相的ZrO2向单斜相的ZrO2转变，伴 随有体积膨胀。当有较大外应力作用时，基体的约束 作用减弱，促进相变，会引发微裂纹，从而消除应力 集中，吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。
一、金属材料的韧化原理
材料的韧性是强度和塑性的综合体现
改善材料的韧性的基本途径
1 减少诱发微裂纹的组成相 2 提高基体的塑性 3 增加组织的塑性形变均匀性（减少应力集中） 4 避免晶界弱化，防止裂纹沿晶界的形核和扩展
材料的强韧化
5 强化同时的增韧
(1)位错强化与塑性和韧性 位错密度升高会提高强度而降低塑性和韧性。可 动的未被锁住的位错对韧性的损害小于被沉淀物 或固溶原子锁住的位错。故提高可动位错密度对 塑性和韧性均有利。
(4)沉淀相颗粒与塑性
沉淀颗粒会通过弥散强化提高基体的强度和硬度， 但可能会明显降低塑性和韧性。尤其，条带状、片 状析出物，以及沿晶界网状析出的沉淀相，均显著 降低材料塑性。 减少沉淀相的析出数量，改善沉淀相的形状和分布 状态，可改善材料塑性。
材料的强韧化
二、高聚物的韧化原理
(1) 增塑剂与冲击韧性 添加增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分子 容易运动，使高分子材料的冲击韧性提高。
材料的强韧化
(3)亚结构为高密度位错, 位错强化作用
(4)可动位错缓解局部应力集中, 延缓裂纹产生, 塑性和韧性
(5)残余奥氏体薄膜阻挡裂纹扩展, 塑性和韧性
材料的强韧化
二、高分子材料强韧化的例子 三、陶瓷材料强韧化的例子
Al2O3-ZrO2 +Y2O3 (ZTA)陶瓷材料
金属基复合材料的强韧化研究
金属基复合材料的强韧化研究随着科学技术的不断发展，金属基复合材料作为一种新型材料，受到了越来越多的关注和研究。
金属基复合材料结合了金属材料的强度和刚性以及复合材料的轻质和耐磨性，具有广泛的应用前景。
然而，金属基复合材料在实际应用中还存在一些问题，其中之一就是强韧性不足。
因此，研究金属基复合材料的强韧化成为当前的热点之一。
为了提高金属基复合材料的强韧性，研究人员采用了多种方法。
其中一个常用的方法是引入纳米颗粒增强。
纳米颗粒具有较高的比表面积和界面能，可以有效地提高金属基复合材料的强度和韧性。
此外，纳米颗粒的尺寸控制和分散性也对复合材料的性能起着重要作用。
因此，在制备金属基复合材料时，研究人员需要注意纳米颗粒的选择、尺寸调控和分散性的控制。
另外，界面的性质也对金属基复合材料的强韧性有重要影响。
界面是不同相之间的交界面，其性质直接影响到复合材料的力学性能。
研究人员通过调控界面的形貌和结构来改善金属基复合材料的强韧性。
一种常见的方法是在界面上引入中间层，可以减少应力集中和界面剪切的发生，从而提高复合材料的韧性。
除了纳米颗粒增强和界面改性，金属基复合材料的微观结构设计也是提高其强韧性的重要途径。
通过合理设计金属基复合材料的微观结构，可以实现应力分布的均匀和界面的强化，从而提高复合材料的力学性能。
例如，金属基复合材料中的纤维增强结构可以改善材料的韧性，使其能够在外界载荷下有效地吸收能量。
另外，热处理技术也是提高金属基复合材料强韧性的一种常用方法。
通过合理的热处理工艺，可以改变金属基复合材料的组织结构和相态，从而调控材料的力学性能。
热处理技术包括固溶处理、时效处理、退火等，可以显著提高金属基复合材料的强度、韧性和硬度。
总结起来，金属基复合材料的强韧化研究是一个复杂而又关键的课题。
纳米颗粒增强、界面改性、微观结构设计和热处理技术等方法的综合应用是提高金属基复合材料强韧性的有效途径。
通过对金属基复合材料的强韧化研究，可以推动该新型材料在航空、汽车、电子等领域的应用，为实现可持续发展做出贡献。
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》范文
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。
Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一种重要的工程结构材料，具有优异的力学性能和良好的加工性能，广泛应用于航空、汽车、机械制造等领域。
其中，铌（Nb）元素的添加对钢的组织细化和强韧化作用尤为显著。
本文将重点探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。
二、Nb元素在钢中的作用机制1. 细化晶粒Nb元素在钢中能够与C、N等元素形成稳定的化合物，这些化合物在钢的凝固过程中作为非均质形核的核心，从而有效地细化晶粒。
此外，Nb还能抑制晶界处的元素偏析，进一步促进晶粒的细化。
2. 强化相的形成Nb的加入可以与钢中的其他合金元素形成复杂的金属间化合物，这些化合物具有较高的硬度和强度，能够有效地提高钢的力学性能。
同时，这些化合物还可以作为析出强化相，在钢的回火过程中析出，进一步提高钢的强度和韧性。
三、Nb元素对中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢的组织细化作用1. 改善热处理工艺Nb元素的加入可以改善钢的热处理工艺，使钢在热处理过程中晶粒更加均匀、细小。
这主要是因为Nb元素能够降低钢的临界淬火温度，使钢在淬火过程中更容易获得细小的晶粒组织。
2. 促进动态再结晶在热加工过程中，Nb元素可以促进动态再结晶的发生，使钢在热变形过程中晶粒得到进一步细化。
这有利于提高钢的力学性能和加工性能。
四、Nb元素对中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢的强韧化作用1. 提高韧性Nb元素的加入可以显著提高钢的韧性。
这主要是因为Nb能够与C、N等元素形成稳定的化合物，减少钢中的夹杂物和微孔洞等缺陷，从而提高钢的韧性。
此外，Nb还能促进钢中析出强化相的形成，进一步提高钢的韧性。
2. 增强强度由于Nb可以与钢中的其他合金元素形成高硬度的金属间化合物，因此能够显著提高钢的强度。
同时，这些化合物在回火过程中析出，进一步增强钢的强度。
镁合金的强韧化研究新进展
I 行业发展 ndustry development
李士杰
（华北理工大学以升创新教育基地，河北 唐山 063210）
摘 要 ：镁合金是商业金属工程材料中最轻的，也可作为现代理想的结构材料使用，在电子技术通信和航空航天等领域有着非
常广泛的应用前景。因此，为了更好地扩展镁合金的应用领域，有必要提高镁合金的综合性质。本文主要介绍了变形镁合金的
镁合金的晶体结构是密排六方，这也是影响镁合金性能的 重要因素。目前，镁合金根据合金化元素主要形成了添加 Zn 的 AZ 系列、添加 Mn 的 AM 系列、添加 RE 的 AE 系列、添加 Zn 和 Zr 的 ZK 系列等。以传统的三种强化方式（细晶强化、固溶强化 以及析出强化等）为基础，逐步形成添加合金元素、优化热处理 工艺、细化晶粒等手段来提高镁合金的综合力学性能。以下主要 对镁合金的强韧化方式进行阐述。
1 镁合金的细晶强化
镁合金和大部分结构金属材料类似，可以通过细化晶粒尺
寸来提高镁合金的力学性能。镁合金的屈服强度与晶粒尺寸的
关系可用著名的霍尔 - 公式表示 ：σ=s
σ0
+
−1
Kd 2
，式中
：
代表单
晶屈服强度，d 代表平均晶粒尺寸，K 代表霍尔 - 佩奇系数，只
与材料种类有关。对于镁合金，K 的取值一般在 280 至 320 之间， 比铝合金的 K 值（68MPa·m 左右）大得多 [2]。由此可见细晶强
快速凝固镁合金产品通常是合金粉末，必须通过后续工艺 的加工才能得到大块的结构材料。想要更好的保留原有的组织 特征，需要进一步优化后续加工工艺。快速凝固技术还需要进一
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金属材料的强韧化机理与实践
• 钨钼的低温再结晶脆性： 在高温下使用的钨钼回到室温附近时表
现严重的脆性，加工过程及使用过程中产生 各种形式的脆性破裂。
产生原因: 本征脆性 间隙杂质在晶界上偏聚
• 钨钼的强韧化途径：
钨合金 抗震钨 稀土钨
纯净化 合金化
钼合金 掺杂钼 稀土钼
三、铝合金的强韧化
• 细晶强化 • 热处理强化 • 第二相粒子强化
细晶强化
• 变质处理
目的: 减少枝晶距及元素偏析,细化晶粒 变质剂: B、Ti、Zr, RE(La,Ce,Pr,Nd,Sc,Er)
微量Sc和Zr添加到Al-Mg-Mn合金中，因显著细化合金的铸态晶拉, 热轧 态合金的拉伸强度和屈服强度分别提高了75~90 MPa和90~94 MPa,而延 伸率仍保持在11%~12%
固溶强化
固溶强化：C原子在面心立方晶格中造成的 畸变呈球面对称，所以C在A中的间隙强化作用属于 弱硬化。置换原子在A中的强化作用比C原子更小。
固溶强化是钢铁材料主要强化手段之一，其 基本内容可归纳为两点：
①间隙式固溶强化对F基体(包括M)的强化效能最大，但对 韧性、塑性的削弱也很显著；
②置换式固溶强化对F强化作用虽然比较小，却不削弱基 体的塑性和韧性。
如果奥氏体晶粒细化在十级以上，则金属 的强韧性将大大提高，为达此目的，现代发展的热 处理新技术方法有以下三种。
①利用极高加热速度的能量密度进行快速加热的热处理
由于极高的加热能量密度，使加热速度大大提 高，在10-2~1s的时间内，钢件便可加热到奥氏体(A)状 态，此时A的起始晶粒度很小，继之以自冷淬火(冷速达 104℃/s以上)，可得极细的马氏体(M)组织，与一般高频 淬 火 比 较 硬 度 可 高 出 Hv50 ， 而 变 形 只 有 高 频 淬 火 的 1/4~1/5，寿命可提高1.2~4倍。
Ti(C,N)基金属陶瓷强韧化技术的研究进展
Ti(C,N)基金属陶瓷强韧化技术的研究进展Ti(C,N)基金属陶瓷是一种非常具有发展前景和应用价值的新型材料，其独特的性能和优势使得其在诸多领域均有广泛的应用前景。
其中，它的强韧化技术是关键之一，对于其在工业应用领域的推广具有非常重要的作用。
本文通过综合分析相关文献资料，介绍Ti(C,N)基金属陶瓷强韧化技术的研究进展。
一、Ti(C,N)基金属陶瓷的概述Ti(C,N)基金属陶瓷是一种由钛、碳、氮等原子组成的高强度、高韧性、高温稳定性的新材料。
它具有金属的韧性和殊高的硬度和耐磨性，同时还具有陶瓷的高温、高硬度、高耐腐蚀性的优异性能，是一种典型的“金属+陶瓷”复合材料。
由于其优良的性能，Ti(C,N)基金属陶瓷在航空航天、汽车、船舶、刀具、模具等领域有着广泛的应用。
二、Ti(C,N)基金属陶瓷的制备及其烧结机制Ti(C,N)基金属陶瓷的制备通常采用粉末冶金法，包括机械合金化和热处理等步骤。
在粉末冶金法中，首先将Ti、C、N 等原料粉末混合，并经过球磨等方法进行机械合金化，再经高温反应制备出Ti(C,N)相的颗粒。
最后，通过热压或等离子烧结等高温处理技术使得颗粒粘结，形成致密的Ti(C,N)基金属陶瓷材料。
Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结是其制备中的重点、难点之一。
近年来，烧结参数的优化和机理的研究对Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧化优化起到了重要作用。
烧结温度、压力、时间、脱氧剂等因素均会影响烧结过程中晶粒的生长和相界面的稳定性，进而影响材料的力学性能和热学性能。
三、Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧化机制Ti(C,N)基金属陶瓷具有良好的高温和高强度等优越性能，但其低韧性是限制其广泛应用的主要困难。
因此，强韧化成为了目前Ti(C,N)基金属陶瓷研究的主要方向之一。
主要强韧化机制为韧性增散机制和图案转化机制：（1）韧性增散机制韧性增散机制是指通过向Ti(C,N)基金属陶瓷中添加少量的可溶性增散相（如Ni、Fe、Co 等）以调节晶界能量，减缓晶粒生长速率，从而增加Ti(C,N)基金属陶瓷的韧性。
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金属材料的强韧化研究
金属材料是人类社会历史中应用最广泛的一种材料，广泛应用于汽车、建筑、
机械、电子、军工等领域。
随着工业技术的发展，对金属材料的需求也越来越高。
而随着科学技术的不断进步和发展，金属材料的性能逐渐得到了进一步的提高。
其中，强韧化研究是金属材料技术中的一个重要方向。
强韧化是一种利用材料微观结构变化来提高材料力学强度和塑性的方法。
这一
过程主要通过增加晶体之间的势能和弹性能来实现。
常见的强韧化方法包括热处理、冷变形、固溶处理和形变调控。
热处理通常包括退火、正火、淬火、时效等过程，通过改变材料的组织结构来
提高材料的强度和塑性。
其中，退火和正火都是通过加热和保温的过程，使材料组织结构得到松弛和平衡，从而提高材料的韧性和延展性。
冷变形是指通过增加材料的冷变形量来改变材料的组织结构，从而增强材料的
强度和韧性。
冷变形的方式有多种，包括轧制、拉伸、弯曲、挤压等。
其中，轧制是一种最常见的冷变形方法，通过辊轧板材或棒材来产生塑性变形。
这种方法能够提高材料的硬度和强度，并且可以控制材料的成型和尺寸。
固溶处理是指将一个或多个合金元素加入基底金属中，通过能量的传递和扩散，使功率金属和合金元素之间发生某些互作用，从而改变材料的组织结构，提高材料的强度和塑性。
常见的固溶处理方式有非等温处理、同温等静处理和等温处理，不同的方式适用于不同的材料和薄片。
形变调控是指在材料制备过程中对其进行形变，并在形变的某个阶段停止，从
而控制材料的组织和性质。
通常包括扭转、拉伸、压缩、弯曲和复合挤压等方式。
这种方法一般适用于高强度和高塑性的材料。
通过形变调控，可以提高材料的强度、塑性和韧性，使得材料更加适合特定的应用场景。
总之，强韧化研究对于金属材料技术的发展具有重要作用。
通过不断的实验研究和理论分析，可以找到更加有效的强韧化方法，并且可以开发出更加高效和优良的金属材料，为人们的生产和生活带来更多便利和发展。