材料科学与工程导论 教学课件 ppt 作者 王高潮 第九章.ppt

第九章材料的强化与表面处理第一节金属材料强化与韧化的途径第二节非金属材料强化与韧化得途径第三节金属表面强化与表面改性技术第一节金属材料强化与韧化的途径一、金属材料的强化原理1、固溶强化纯金属经适当的合金化后强度、硬度提高的现象根据强化机理可分为无序固溶体和有序固溶体固溶强化的特点:(1)溶质原子的原子数分数越大,强化作用越大;(2)溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大,强化作用越大;(3)间隙型溶质原子比置换原子有更大的固溶强化作用;(4)溶质原子与基体金属的价电子数相差越大,固溶强化越明显。2、细晶强化多晶体金属的晶粒通常是大角度晶界,相邻取向不同的的晶粒受力发生塑性变形时,部分晶粒内部的位错先开动,并沿一定晶体学平面滑移和增殖,位错在晶界前被阻挡,当晶粒细化时,需要更大外加力才能使材料发生塑性变形,从而达到强化的目的。霍尔-佩奇公式:σs=σ+Kyd-1/23、位错强化(1)晶体中的位错达到一定值后,位错间的弹性交互作用增加了位错运动的阻力。可以有效地提高金属的强度。流变应力τ和位错密度的关系:培莱-赫许公式(2)加工硬化定义:金属经冷加工变形后,其强度、硬度增加、塑性降低。单晶体的典型加工硬化曲线:τ~θ曲线的斜率θ=dτ/dθ称为“加工硬化速率”FCC单晶体的应力—应变曲线·曲线明显可分为三个阶段:I. 易滑移阶段:发生单滑移,位错移动和增殖所遇到的阻力很小,θI很低,约为10-4G数量级。:发生多系滑移,位错运动困难,θII远大于θI约为G/100—G/300,并接近于一常数。:与位错的多滑移过程有关,θIII随应变增加而降低,应力应变曲线变为抛物线。4、沉淀相颗粒强化当第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体相中时,将产生显著的强化作用,通常将微粒分成不可变形的和可变形的两类。(1)可变形微粒的强化作用——切割机制·适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形强化作用主要决定于粒子本身的性质以及其与基体的联系,主要有以下几方面的作用:,提高了界面能。,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。,粒子周围产生共格畸变,存在弹性应变场,阻碍位错运动。,扩展位错切过粒子时,其宽度会产生变化,引起能量升高,从而强化。,螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶,而割阶会妨碍整个位错线的移动。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。(2)不可变形微粒的强化作用——奥罗万机制(位错绕过机制)·适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。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。