1固溶强化 固溶体合金中的溶质原子,不论是以置换方式或填隙方式溶入基体金属,都会对金属的塑性变形产生影响。主要表现是使变形抗力提高,应力应变曲线升高,变形能力(塑性)下降,这就是“固溶强化”。 固溶强化的本质:位错被溶质原子气团钉扎而难于启动,增加了位错滑移的阻力。 机理: 溶质原子与位错的弹性交互作用而形成科垂耳(Cotrell)气团,对位错滑移的阻碍作用 溶质原子偏聚区和短程有序对位错运动的阻碍作用。 溶质原予与扩展位错的化学交互作用而形成铃木气团(溶质原子在堆跺层错内偏聚),对扩展位错的束集和交滑移的阻碍作用。 溶质原子与位错的电交互作用,导致溶质原子在刃位错周围偏聚,这也对位错的滑移产生阻力,引起强化。但其强化效果不很显著。
2应变硬化 应变硬化又称为加工硬化。通常金属经冷加工变形后,其强度、硬度增加、塑性降低,是材料重要力学行为(或特性)之一,具有较大的实际意义。 应变硬化现象 金属在冷加工过程中,要不断地塑性变形,就需要不断增加外应力。这表明金属对塑性变形的抗力是随变形量的增加而增加。这种流变应力随应变的增加而增加的现象就是加工硬化。 产生原因:位错密度升高,位错形成缠结,位错的运动能力降低。形成位错胞和亚晶粒。 金属变形之前,位错密度一般为106~107cm-3;当变形程度很大时,位错密度可增加到1011~1012cm-3。 理论研究表明,塑性变形过程中的流变应力与位错密度存在一定的的关系
3晶粒细化强化 晶粒越细,屈服极限及硬度越高。晶粒度对拉伸曲线也有影响。例如: 对FCC晶体在变形量不太大时,晶粒越细,硬化越快,曲线也越陡。但在大变形量时,晶粒度影响就不大了。对HCP晶体来说,由于硬化的主要原因是晶界阻碍滑移,故晶粒越细,硬化越快。硬化曲线随着晶粒度减小而急剧上升(变陡)。对BCC晶体来说,硬化曲线的形状主要取决于间隙式杂质元素。 多晶体的屈服强度与晶粒的平均直径的关系用Hall-Petch公式来表示:单晶体的屈服强度,即位错在晶格内运动的摩擦阻力,包括P-N反映晶内对变形的阻力,晶体内位错应力场对位错运动的阻力以及合金元素、点缺陷等对位错运动的阻力。K为反映晶界对变形影响的系数,与晶界结构等因素有关。 晶粒度越小,多晶体的变形抗力越大
4沉淀硬化 难变形颗粒的强化作用(Orowan机制) 奥罗万机制(位错绕过机制) 使位错线弯曲到曲率半径为R时所需的切应力为: τ=Gb/(2R) 设颗粒间距为λ,则τ= Gb/λ,∴ Rmin=λ/2 只有当外力大于Gb/λ时,位错线才能绕过粒子。 减小粒子尺寸(在同样的体积分数时,粒子越小则粒子间距也越小)或提高粒子的体积分数,都使合金的强度提高。 可变形颗粒的强化作用 切割机制 强化机制 位错切过粒子后产生新的界面,颗粒表面上产生的台阶增加了颗粒与基体之间的新界面,提高了界面能。 若共格的粒子是一种有序结构,位错切过之后,沿滑移面产生反相畴,使位错切过粒子时需要附加应力。 由于粒子的点阵常数与基体不一样,粒子周围产生共格畸变,存在弹性应变场,阻碍位错运动。 在实际合金中,起主要作用的往往是1~2种。增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提高强度
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