有色金屬強韌化處理

有色金屬的強韌化處理材料工程李嘉興有色金屬的強韌化處理黑色金屬有色金屬鋼鐵材料。非鐵金屬。有色金屬的分類：有色輕金屬：密度小于4.5g/cm3的金屬材料（鋁、鎂、鋰等）；有色重金屬：密度大于4.5g/cm3的金屬材料（銅、鎳、鉛、錫等）；稀有金屬：地殼含量稀少的金屬（鋯、鎢、鉬、鈮、鉭等）；貴金屬：（金、銀、鉑族金屬）有色金屬和合金的性能，取決于成分、組織、加工過程、熱處理過程。有色金屬的強化途徑有色金屬的強化途徑：冷變形強化；固溶強化；沉淀強化；過剩相強化；細化組織強化；纖維增強復合強化。有色金屬的強化途徑冷變形強化冷變形也稱作冷作硬化。金屬材料在再結晶溫度以下的變形稱為冷變形。冷變形后材料即被強化，強化程度隨變形程度、變形溫度及材料本身性質有關。同種材料在同一溫度下冷變形時，變形程度越大則強度越高，但延伸率降低。圖Cu-Zn合金壓下量與力學性能的關系圖幾種有色金屬屈服強度與壓下量的關系有色金屬的強化途徑冷變形強化冷變形強化是金屬材料常用的強化方式之一，適用于工業(yè)純材，固溶體型合金及熱處理不強化的多相合金。某些合金冷變形時能形成較好的織構而在一定方向上強化，稱為織構強化。金屬材料發(fā)生冷變形強化的原因是：冷變形時金屬內部位錯密度增大，而且位錯互相纏結，形成胞狀結構，阻礙位錯運動，使不能移動的位錯數(shù)量劇增，以致需要更大的力才能使位錯克服障礙而運動。變形程度越大，上述情況越嚴重，則材料的變形抗力越大，強度越高。有色金屬的強化途徑固溶強化

合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時，合金的強度、硬度一般都會得到提高，稱為固溶強化?？少F的是，對合金進行固溶強化時，強度、硬度得到提高的同時，塑性還能保持在良好的水平上。合金元素溶入基體金屬之后，使機體金屬中的位錯密度增加，同時晶格發(fā)生畸變?；兯a(chǎn)生的應力場與位錯周圍的彈性應力場交互作用，使合金元素聚集到位錯附近，形成“氣團”，位錯要運動就必須克服氣團的釘扎作用，帶著氣團一起移動，或從氣團中掙脫出來，因此需要更大的切應力。合金元素對基體金屬的強化效果主要取決于合金元素原子與基體金屬原子的尺寸差別。一般原子尺寸差別越大，對置換固溶體的強化效果可能越大。有色金屬的強化途徑固溶強化

采用固溶強化合金時，應挑選強化效果高的合金元素。但更重要的是選擇在基體金屬中固溶度大的合金元素，因為固溶體強化效果隨被固溶的元素百分含量增大而增加。例如：Cu，Mg是Al合金的主要合金元素；

Al，Zn是Mg合金的主要合金元素；

Zn，Al，Sn是Cu合金的主要合金元素。進行固溶強化時，往往采用多元少量的復雜合金化原則（即多種合金元素同時加入，但每種元素加入量少），使固溶體的成分復雜化，這樣可以使固溶體的強化效果更高，并能保持到較高的溫度。有色金屬的強化途徑沉淀強化

在固溶度隨溫度降低而減小的合金系中，當合金元素含量超過一定限度后，淬火可獲得過飽和固溶體。在較低溫度加熱（時效），過飽和固溶體發(fā)生分解，析出彌散相，引起合金的強化，稱為沉淀強化。通過這種強化方法，合金的強度可以提高百分之幾十至幾倍。沉淀強化是Al，Mg，Cu等有色金屬材料常用的有效強化手段。沉淀強化的效果取決于合金的成分、淬火后固溶體過飽和度、強化相特性、分布以及彌散度等因素。強化效果最好的合金位于極限溶解度成分及其附近的成分范圍。圖二元系相圖d為B在A中的極限固溶度t為成分為d的合金的最佳淬火溫度有色金屬的強化途徑沉淀強化

試驗證明，過飽和固溶體的分解要經(jīng)過一個過程，一般對大多數(shù)合金來說，開始是溶質元素擴散、偏聚、形成無數(shù)溶質元素富集的亞顯微區(qū)域，成為G.P.區(qū)；隨時效時間的延長，或時效溫度的升高，G.P.區(qū)長大為過渡相（具有一種中間過渡的與母相共格的晶體結構），而后才形成析出相（具有獨立的非共格晶體結構）。將金屬氧化物或難熔化合物的超細粉末與基體金屬的粉末混合燒結，也可以得到彌散強化材料。這種材料在基體金屬上分布著高溫下很穩(wěn)定的彌散難熔質點，耐熱性能很好。有色金屬的強化途徑沉淀強化

圖Al-Mg二元相圖圖純鎂圖Mg-1%Al圖Mg-3%Al圖Mg-6%Al圖Mg-6%Al有色金屬的強化途徑過剩相強化

過量的合金元素加入到基體金屬中，一部分溶入固溶體，超過極限溶解度的部分則不能溶入，形成過剩第二相，簡稱過剩相。過剩相對合金一般都有強化作用，其強化效果與過剩相本身性能有關，過剩相的強度、硬度越高，強化效果越大。但硬脆過剩相含量超過一定限度后，合金變脆，性能反而降低。此外，還與過剩相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關。等軸、細小和均勻分布時的強化效果最好。粗大、沿晶界分布或呈針狀時合金變脆，強度也不高。另外，還與過剩相與基體之間的界面強度有關。將金屬氧化物或難熔化合物的超細粉末與基體金屬的粉末混合燒結，也可以得到彌散強化材料。這種材料在基體金屬上分布著高溫下很穩(wěn)定的彌散難熔質點，耐熱性能很好。有色金屬的強化途徑過剩相強化

過剩相強化在有色金屬合金中應用廣泛，幾乎所有在退火狀態(tài)使用的兩相合金都應用了過剩相強化，或者是固溶強化與過剩相強化的聯(lián)合應用。

過剩相強化與沉淀強化有相似之處。區(qū)別在于，沉淀強化時，強化相極為細小，彌散度大，在光學顯微鏡下觀察不到；而在過剩相強化合金時，強化相粗大，用光學顯微鏡低倍既能看到。有色金屬的強化途徑過剩相強化圖Mg-Si二元相圖圖Mg-0.5%Si圖Mg-1%Si圖Mg-1%Si圖Mg-3%Si圖Mg-3%Si有色金屬的強化途徑組織細化強化

組織細化，對單相合金說是指晶粒細化，對多相合金說是指基體相晶粒的細化及過剩相的細化。細化組織可以提高材料在室溫下的強度和塑性，是金屬材料常用的強韌化方法之一。晶界上原子排列錯亂，雜質富集，并有大量位錯等缺陷，而且晶界兩側的晶粒位向不同，這些都阻礙位錯從一個晶粒向另一個晶粒運動。晶粒越細小，單位體積內界面面積越大，對位錯運動的阻力也越大，合金的強度越高。在熔煉澆注合金時，采用避免金屬溶液過熱、攪動、降低澆注溫度、增大冷卻速度等措施，有利于獲得細晶粒鑄件。對于變形合金的組織細化，一般可采用變形及再結晶方法。有色金屬的強化途徑組織細化強化

鑄造合金的組織細化可采用變質處理，即澆注前在合金溶液中加入被稱為變質劑的元素或化合物，使金屬溶液的結晶過程受到影響，結晶為細密組織。（1）加入適當難熔質點作為非自發(fā)晶核。晶核數(shù)目大量增加，結晶晶粒細??；（2）在金屬熔液中加入微量、易熔表面活性物質，吸附在所形成的微小晶體表面，把晶體與熔液隔開，阻礙晶體長大。（3）加入微量的、對初生晶體有化學作用從而改變其結晶性能的物質，可以使初生晶體的形狀改變。變質處理方法，不僅能細化初生晶粒，也能細化共晶體和粗大過剩相，或改變它們的形狀。有色金屬的強化途徑纖維增強復合強化

用高強度纖維同適當基體材料相結合，以強化基體材料的方法，稱為纖維增強復合材料。增強纖維有碳纖維、難熔化合物纖維（Al