第五章-金属强韧化导论

曹建春_金属材料及热处理学课程内容，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.第五章金属强韧化导论引言：力学性能：强度、塑性、韧性、硬度力学性能指标都是在空气室温下测量的。一、金属材料的强度、塑性和韧性强度：在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。—→承载能力永久变形—→σs屈服强度，发生明显变形的最小应力发生断裂—→σb抗拉强度，最大均匀塑性变形的抗力，与断裂强度区别塑性：在外力作用下，产生永久变形而保持其完整性不被破坏的性质。—→变形能力伸长率δ、断面收缩率ψ韧性：材料在快速载荷作用下抵抗断裂和内部裂纹扩展的能力。—→强度和塑性的综合表现冲击断裂吸收功、韧脆转变温度二、强化机制提高强度的方法：（1）无缺陷材料：低维材料强度基本达到理想晶体理论强度，但受到生产成本和工艺限制。（2）显微缺陷强化技术：大量制造显微缺陷并使之合理分布，使其相互作用阻碍位错运动or微裂纹的扩展，从而强化材料。屈服强度与抗拉强度：大多数工件是不允许发生塑变，以屈服强度为标准。屈服强度的本质是塑性变形能在金属中传播、增殖，从而使整个金属产生宏观塑性变形的应力。1.固溶强化定义：金属元素同溶于基体相中形成固溶体而使其强化的方式。形成固溶体时，由于溶质原子与溶剂金属原子应力不同，溶剂晶格发生畸变，并在周围造成一个弹性场。此应力场与运动的位错的应力场发生交互作用，使位错的运动受阻。（1）弹性交互作用：柯氏气团（对称畸变）、史氏气团Snoek（非对称畸变）；（2）静电交互作用：位错电偶极场与溶质原子的屏蔽场的相互作用；（3）化学交互作用：扩展位错与溶质原子的交互作用——铃木气团；扩展位错：一个全位错分解两个不全位错中间夹杂一个层错的形式。（4）几何交互作用：位错与溶质原子的交互作用同溶质分布几何位置有关——有序固溶。强固溶强化元素的固溶强化强度增量：RP-C=Kc[C]1/2≈Kc[C]（碳含量变动较小，系数~4570MPa）弱固溶强化……………………………：RP-M=Km[M]（[M]为处于固溶态的部分M含量，即＜M）2.位错强化强化量与位错密度有关，RP-D=αGbρ1/2—→面心立方强化更明显曹建春_金属材料及热处理学课程内容，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.方法：冷变形、相变（淬火效应）—→位错数很难确定3.细晶强化定义：通过细化晶粒使晶界所占比例增大而阻碍位错滑移产生强化。霍尔—配奇公式：σs=σ0+Ks·d-1/2晶粒越细小，强化作用越大，强度越高，且其是唯一一种在提高钢强度的同时也改善韧性的强化方式。细晶强化机制：晶界对位错运动阻碍（强度↑）、晶粒细小变形均匀，应力集中较小（塑性↑）、晶界阻碍裂纹扩展，降低数量（韧性↑）4.第二相强化定义：材料通过集体重分布有细小弥散的第二相颗粒而产生强化的方法。按获得高弥散离子的方法分类：（1）沉淀强化/析出强化：依靠热处理从过饱和固溶体中沉淀析出第二相；（2）弥散强化：利用机械、化学方法如内氧化or粉末冶金工艺产生第二相。强化机制：切过机制（颗粒尺寸↑，效果↑）、绕过机制（奥罗万机制，与颗粒间距、尺寸等有关）第二相颗粒的临界尺寸dcd＜dc—→切过机制，d↑σ↑；d＞dc—→绕过机制机制，d↑σ↓钢铁中主要是绕过机制，因为dc很小，很难达到小于临界尺寸。5.马氏体相变强化结合了第二相强化、位错强化、固溶强化、细晶强化的综合效应。第二相——碳化物，位错强化——切变相变，固溶强化——过饱和固溶体，细晶强化——板条马氏体。三、改善塑性和韧性的途径断裂是工件构件危害最大的破坏形式。韧化即抑制脆化。1.塑性指标均匀真应变εu、总真应变or断裂真应变εT改善塑性的途径：在提高均匀塑性的同时，尽量避免or推迟微孔坑的形成。2.塑性影响因素2.1化学成分一般合金元素和杂质使塑性↓。2.2组织结构（1）晶粒大小：细比粗好；（2）第二相：通常有害，但第二相为球状、细小、均匀弥散分布且自身强度高，与基体结合好，可以改善一定塑性；（3）位错：位错密度↑，塑性↓；（4）晶格类型：面心较好。曹建春_金属材料及热处理学课程内容，自行整理，请勿乱传。——Y.Z.2.3变形温度T↑，δ↑，σ↓。2.4变形速度、应力状态变形速度较低，塑性加好，但是很大时可产生热效应，使材料塑性逐渐增大；压应力有利，拉应力不利。3.改善韧性途径脆性矢量：每增加强度1MPa使韧脆转变温度Tc升高的温度数称为该强化方式的脆性矢量。屈强比：屈服强度与抗拉强度之比。[Rel/Rm]≥1，无塑性，实际屈服强度被降低；＜0.6，良好的冷加工变形性质。弱化的界面、位错塞积、非扩散相变晶粒间撞击等形成裂纹源，产生裂纹，提高韧性必须减少裂纹源，控制微裂纹的临界尺寸，抑制裂纹扩展。断裂扩展方式：沿晶断裂、解理……、准解理……、微孔集合……消除晶界弱化现象：消除低熔点境界偏析金属、化合物大颗粒夹杂物or第二相尺寸的控制适当屈服强度：过低，大尺寸微裂纹；过高，低塑性变形功；固溶强化对屈强比的影响：基本不变位错对屈强比的影响：增大，不退从晶粒对屈强比的影响：不如固溶强化，一味最求细晶也不利第二相对屈强比的影响：与固溶相似