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材料基本強(qiáng)化機(jī)制2.細(xì)晶強(qiáng)化第三章材料變形抗力與強(qiáng)化機(jī)制

低碳鋼的σs與晶粒直徑的關(guān)系Hall-Petch關(guān)系

Hall-Petch關(guān)系的推導(dǎo):

(扣除位錯(cuò)滑移阻力

i

)(單晶體

)(多晶體

)討論：(1)

i、k的物理意義？(2)細(xì)晶強(qiáng)韌化機(jī)制？(3)適用范圍？dc,nm納米晶材料中位錯(cuò)運(yùn)動機(jī)制的變化習(xí)題四：試對比分析單晶體與多晶體的塑性變形臨界條件，基于位錯(cuò)理論推導(dǎo)Hall-Petch公式并舉例說明其工程意義與適用范圍。

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材料基本強(qiáng)化機(jī)制3.固溶強(qiáng)化Cu-Ni合金固溶強(qiáng)化(1)固溶強(qiáng)化現(xiàn)象鐵素體的固溶強(qiáng)化Al-Mg合金應(yīng)力-應(yīng)變曲線溶質(zhì)原子的加入提高材料的屈服強(qiáng)度

s和應(yīng)力水平,同時(shí)加工硬化率d

/d

不同程度增大。固溶強(qiáng)化現(xiàn)象(2)固溶強(qiáng)化規(guī)律①一般稀固溶體屈服應(yīng)力：②固溶強(qiáng)化與溶質(zhì)極限溶解度(固溶度)顯著相關(guān)；溶質(zhì)原子不同，強(qiáng)化效果不同；溶質(zhì)原子濃度越高，強(qiáng)化作用越大，低濃度時(shí)效果更明顯。溶質(zhì)原子與基體原子的尺寸相差越大，效果越明顯。間隙式溶質(zhì)元素比置換式溶質(zhì)元素固溶強(qiáng)化作用更大。溶質(zhì)原子與基體原子電負(fù)性差別越大，固溶強(qiáng)化作用越大。固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動。(3)固溶強(qiáng)化機(jī)理①彈性交互作用溶質(zhì)原子均勻分布——長程彈性交互作用Cottrell氣團(tuán)形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)釘扎位錯(cuò)螺型位錯(cuò)與周圍的溶質(zhì)原子作用，原子在沿x、y、z的三種面心位置上發(fā)生擇優(yōu)分布（應(yīng)力感生有序），使系統(tǒng)能量降低。

Snoek氣團(tuán)②電交互作用③化學(xué)交互作用面心立方晶體中的擴(kuò)展位錯(cuò)④幾何交互作用⑤改變基體鍵合強(qiáng)度導(dǎo)致點(diǎn)陣阻力變化彈性交互作用強(qiáng)，但對溫度敏感，常溫下作用大；電學(xué)和化學(xué)交互作用較弱，但對溫度不敏感，高溫下作用大。強(qiáng)化效果大的溶質(zhì)元素固溶度低；多元微合金化，非單個(gè)元素強(qiáng)化的加和。

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材料基本強(qiáng)化機(jī)制4.第二相強(qiáng)化(1)第二相分布類型集聚型分散型單相合金可借固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度，但提高程度有限。通常使用的材料大多是兩相或多相合金。第二相來源：可通過相變熱處理(沉淀相或析出相)或粉末冶金方法(彌散相)獲得。(2)集聚型第二相強(qiáng)化如果兩相都具有較好塑性，則合金變形阻力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。可按等應(yīng)變理論或等應(yīng)力理論計(jì)算的平均流變應(yīng)力或平均應(yīng)變。等應(yīng)變理論假定塑性變形過程中兩相應(yīng)變相等，合金產(chǎn)生一定應(yīng)變的流變應(yīng)力為：

σ=f1σ1+f2σ2

式中f1和f2為兩相的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)?shù)诙嗔髯儜?yīng)力高于基相(σ2=σ1+Δσ)時(shí),σ=f1σ1+f2(σ1+Δσ)

=σ1+f2Δσ,材料得以強(qiáng)化。等應(yīng)力理論假定兩相所受的流變應(yīng)力相等，平均應(yīng)變?yōu)椋?/p>

ε=ε1f1+ε2f2

當(dāng)?shù)诙嗟膽?yīng)變小于基相應(yīng)變(ε2=ε1f-Δε)時(shí)，

ε=ε1f1+(ε1f-Δε)=ε1-Δε,材料得以強(qiáng)化。

如果第二相為硬脆相，則合金性能除與兩相相對含量有關(guān)外，很大程度上取決于硬脆相的形狀與分布。如果硬脆相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于基相晶界上，則基相受限不能變形，應(yīng)力過大即沿晶界斷裂。塑性變差，甚至強(qiáng)度也隨之下降。如果硬脆相成片狀分布于基相，因變形主要集中在基相，而位錯(cuò)受片層厚度限制，移動距離很短，繼續(xù)變形阻力加大，強(qiáng)度得以提高。片層越薄，強(qiáng)度越高