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金屬材料的四種強(qiáng)化方式

2021-08-20 13:33:49 作者：每天學(xué)點(diǎn)熱處理來源：每天學(xué)點(diǎn)熱處理分享至：

一、形變強(qiáng)化（或應(yīng)變強(qiáng)化，加工硬化）

01 定義

材料屈服以后，隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)化或加工硬化。

02 機(jī)理

隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運(yùn)動時的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯運(yùn)動的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度

規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯密度不斷增加，根據(jù)公式

，可知強(qiáng)度與位錯密度ρ的二分之一次方成正比，位錯的伯氏矢量b越大，強(qiáng)化效果越顯著。

03 方法

冷變形，比如冷壓、滾壓、噴丸等。

04 例子

冷拔鋼絲可使其強(qiáng)度成倍增加。

05 形變強(qiáng)化的實(shí)際意義（利與弊）

（1）利：

①　形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法，對一些不能用熱處理強(qiáng)化的材料，可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)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，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形。

③　形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過載現(xiàn)象時，使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過載部位的變形停止從而提高了安全性。

（2）弊：

①　形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，始繼續(xù)變形帶來困難，需要消耗更多的功率。

②　為了能讓材料繼續(xù)變形，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，使材料可以繼續(xù)變形而不至開裂，增加了生產(chǎn)成本。

二、固溶強(qiáng)化

01 定義

隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化。

02 機(jī)理

（1）溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對滑移面上運(yùn)動的位錯有阻礙作用。

（2）位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對位錯起釘扎作用，增加了位錯運(yùn)動的阻力。

（3）溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯的運(yùn)動。所有阻礙位錯運(yùn)動，增加位錯移動阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。

03 規(guī)律

①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大

②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大，強(qiáng)化效果越顯著。

③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素

④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)相差越大，強(qiáng)化作用越大。

04 方法

合金化，即加入合金元素。

05 例子

銅鎳合金的強(qiáng)度大于銅和鎳純金屬的強(qiáng)度。

三、細(xì)晶強(qiáng)化

01 定義

隨晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

02 機(jī)制

其原理在于晶界對位錯滑移的阻滯效應(yīng)。對于多晶體來說，位錯運(yùn)動必須克服晶界的阻力，這是由于晶界兩側(cè)位錯的取向不同，所以在某一個晶粒中，滑移的位錯不能直接穿越晶界進(jìn)入相鄰的晶粒，只有在晶界處塞積了大量的位錯后引起應(yīng)力集中，才能激發(fā)相鄰晶粒中已有位錯的運(yùn)動產(chǎn)生滑移。所以晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度就越高。

03 規(guī)律

晶粒越細(xì)，晶界面積越大，根據(jù)霍爾-佩奇公式