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金屬材料的四種強(qiáng)化方式最全總結(jié)

2023-08-01 16:24:39 作者：熱處理生態(tài)圈來源：熱處理生態(tài)圈分享至：

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(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(cuò)密度不斷增加，根據(jù)公式，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度ρ的二分之一次方成正比，位錯(cuò)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(duì)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(shí)，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(duì)滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)有阻礙作用。

(2) 位錯(cuò)線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。

(3) 溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)移動(dòng)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(jià)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(duì)位錯(cuò)滑移的阻滯效應(yīng)。對(duì)于多晶體來說，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)必須克服晶界的阻力，這是由于晶界兩側(cè)位錯(cuò)的取向不同，所以在某一個(gè)晶粒中，滑移的位錯(cuò)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(cuò)后引起應(yīng)力集中，才能激發(fā)相鄰晶粒中已有位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)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，晶粒的平均直徑d越小，材料的屈服強(qiáng)度σs越高04

細(xì)化晶粒的方法

①結(jié)晶過程中可以通過增加過冷度，變質(zhì)處理，振動(dòng)及攪拌增加形核率來細(xì)化晶粒；②對(duì)于冷變形的金屬可以通過控制變形度、退火溫度來細(xì)化晶粒；③可以通過正火、退火的熱處理方法細(xì)化晶粒；

④可以在鋼中加入合金元素，形成新相從而抑制晶粒長(zhǎng)大。

四、第二相強(qiáng)化

01 定義

在金屬基體中還存在另外一個(gè)或幾個(gè)其他的相，這些相的存在使金屬的強(qiáng)度得到提高。因獲得第二相的工藝不同，第二相強(qiáng)化分為：①沉淀強(qiáng)化：通過相變熱處理獲得第二相②彌散強(qiáng)化：通過粉末燒結(jié)或內(nèi)氧化獲得第二相。

02 機(jī)制

位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中遇到第二相，需要繞過或切過第二相，從而第二相阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使得材料的強(qiáng)度提高。

03 例子

鋼中滲碳體的存在使鋼的強(qiáng)度得到提高。