金屬強(qiáng)化的主要方法.docVIP

一、金屬強(qiáng)化的主要方法。從金屬材料的強(qiáng)化途徑來看，金屬材料的強(qiáng)化方法主要有兩大類：一是提高合金的原子間結(jié)合力，提高其理論強(qiáng)度，并制得無缺陷的完整晶體，如晶須。已知鐵的晶須的強(qiáng)度接近理論值，可以認(rèn)為這是因?yàn)榫ы氈袥]有位錯，或者只包含少量在形變過程中不能增殖的位錯。這種強(qiáng)化方法只有在幾種特殊的金屬中才得到應(yīng)用。另一強(qiáng)化途徑是向晶體內(nèi)引入大量晶體缺陷，如位錯、點(diǎn)缺陷、異類原子、晶界等，這些缺陷阻礙位錯運(yùn)動，也會明顯地提高金屬強(qiáng)度。事實(shí)證明，這是提高金屬強(qiáng)度最有效的途徑。對工程材料來說，一般是通過綜合的強(qiáng)化效應(yīng)以達(dá)到較好的綜合性能。具體方法有固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化、細(xì)化晶粒強(qiáng)化、擇優(yōu)取向強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化、纖維強(qiáng)化和相變強(qiáng)化等,這些方法往往是共存的。下面簡要的予以介紹： 1、結(jié)晶強(qiáng)化結(jié)晶強(qiáng)化就是通過控制結(jié)晶條件，在凝固結(jié)晶以后獲得良好的宏觀組織和顯微組織，從而提高金屬材料的性能。它包括：（1）細(xì)化晶粒。細(xì)化晶?？梢允菇饘俳M織中包含較多的晶界，由于晶界具有阻礙滑移變形作用，因而可使金屬材料得到強(qiáng)化。同時也改善了韌性，這是其它強(qiáng)化機(jī)制不可能做到的。（2）提純強(qiáng)化。在澆注過程中，把液態(tài)金屬充分地提純，盡量減少夾雜物，能顯著提高固態(tài)金屬的性能。夾雜物對金屬材料的性能有很大的影響。采用真空冶煉等方法，可以獲得高純度的金屬材料。2、形變強(qiáng)化也叫加工硬化，金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度。這是由于材料在塑性變形后位錯運(yùn)動的阻力增加所致。如銅合金。3、固溶強(qiáng)化通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使得融入固溶體中的原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運(yùn)動的阻力，使塑性變形更加困難，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加的現(xiàn)象。4、相變強(qiáng)化合金化的金屬材料，通過熱處理等手段發(fā)生固態(tài)相變，獲得需要的組織結(jié)構(gòu)，使金屬材料得到強(qiáng)化，稱為相變強(qiáng)化相變強(qiáng)化可以分為兩類：（1) 沉淀強(qiáng)化(或稱彌散強(qiáng)化)。在金屬材料中能形成穩(wěn)定化合物的合金元素，在一定條件下，使之生成的第二相化合物從固溶體中沉淀析出，彌散地分布在組織中，從而有效地提高材料的強(qiáng)度，通常析出的合金化合物是碳化物相。若合金中的第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布在基體上，則可顯著提高合金的強(qiáng)度，稱為彌散強(qiáng)化。如果這種微粒是通過過飽和固溶體的時效處理而沉淀析出來的，則成為沉淀強(qiáng)化或時效強(qiáng)化。這種強(qiáng)化的主要原因是細(xì)小彌散的微粒與位錯的相互作用，阻礙了位錯的運(yùn)動，從而提高了塑性變形抗力。（2) 馬氏體強(qiáng)化。金屬材料經(jīng)過淬火和隨后回火的熱處理工藝后，可獲得馬氏體組織，使材料強(qiáng)化。但是，馬氏體強(qiáng)化只能適用于在不太高的溫度下工作的元件，工作于高溫條件下的元件不能采用這種強(qiáng)化方法。5、晶界強(qiáng)化晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫時，晶界阻礙了位錯的運(yùn)動，因而晶界強(qiáng)度高于晶粒本身；但在高溫時，沿晶界的擴(kuò)散速度比晶內(nèi)擴(kuò)散速度大得多，晶界強(qiáng)度顯著降低。因此強(qiáng)化晶界對提高鋼的熱強(qiáng)性是很有效的。硼對晶界的強(qiáng)化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界區(qū)域的晶格缺位和空穴減少，晶界自由能降低；硼還減緩了合金元素沿晶界的擴(kuò)散過程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界狀態(tài)，加入微量硼、鋯或硼+鋯能延遲晶界上的裂紋形成過程；此外，它們還有利于碳化物相的穩(wěn)定。6、綜合強(qiáng)化在實(shí)際生產(chǎn)上，強(qiáng)化金屬材料大都是同時采用幾種強(qiáng)化方法的綜合強(qiáng)化，以充分發(fā)揮強(qiáng)化能力。例如：（1）固溶強(qiáng)化十形變強(qiáng)化，常用于固溶體系合金的強(qiáng)化。（2）結(jié)晶強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)