金属材料的强韧化
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材料的强韧化
主讲人:邵红红
强韧化问题的主要着眼点在于 材料的性能。
调整化学成分 细化晶粒 金属材料的强韧化 形变热处理 复相热处理 下贝氏体强韧化
复习
强度 是材料抵抗变形和断裂的能力。 塑性 表示材料断裂时总的塑变程度。
韧性 是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力, 它是强度和塑性的综合表现。 材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的 多少表示韧性的高低.
3、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
4、沉淀相颗粒强化
(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。 主要有以下几方面的作用: A 位错切过粒子后产生新的界面,提高了界 面能。 B 若共格的粒子是一种有序结构,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。
硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情 况下,模具零件的硬度越高,磨损量越小, 耐磨性也越好。另外,耐磨性还与材料中碳 化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。
2 强韧性
模具的工作条件大多十分恶劣,有些 常承受较大的冲击负荷,从而导致脆性断裂。 为防止模具零件在工作时突然脆断,模具要 具有较高的强度和韧性。 模具的韧性主要取决于材料的含碳量、 晶粒度及组织状态。
形而失效。因此,模具材料应具有较高的抗
回火稳定性,以保证模具在工作温度下,具 有较高的硬度和强度。
5 耐冷热疲劳性能
有些模具在工作过程中处于反复加热和 冷却的状态,使型腔表面受拉、压交变应力 的作用,引起表面龟裂和剥落,增大摩擦力, 阻碍塑性变形,降低了尺寸精度,从而导致 模具失效。 冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之 一,这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。
模具的质量包括模具的精度、表面光洁 度和模具寿命3个方面。模具的精度和光洁 度主要由机加工决定,而模具的寿命取决于 设计、加工、材料、热处理和使用操作等多 个因素,其中材料和热处理是影响模具使用 寿命最重要的内在因素。
1影响模具使用寿命的基本因素
(1)结构设计
不合理的结构设计往往是造成模具早期 失效和热处理变形开裂的重要因素。 模具的结构设计应尽量避免尖锐的圆角 和过大的截面变化。尖锐圆角引起的应力集 中可高达平均计算应力的10多倍。
小结: 金属强化基本原理
1固溶强化 (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)间隙型溶质原子比臵换原子有更大的 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 霍尔-佩奇公式:σ s=σ +Kyd-1/2
金属强韧化从机理上划分可分为三种:
(1) 物理强韧化
金属内部晶体缺陷的作用和通过缺陷之
间的相互作用,对晶体的力学性能产生一定
的影响,进而改变金属性能的现象。
(2)化学强韧化
指的是元素的本质决定的因素以及元素 的种类不同和元素的含量不同造成的材料性 能的改变。这里包括了元素之间的相互作用 和结合对性能带来的影响,也包括元素的含 量不同造成的由量变到质变的许多问题。
图中阴影区域是23刃位错多余半原子面的区域, 如果这段位错沿滑移面移动,必然导致这个多余 半原子面扩大或缩小,即发生位错大攀移。
二、化学强韧化
化学强韧化的核心意义是阐述元素以化
学相互作用方式强韧化的概念、内涵、化学
强化所面对的结合键和材料腐蚀的问题。
空位对位错的作用
从物理意义上讲,晶体中的空位(和间 隙原子)在不断的运动状态中存在,位错对 空位的吸收和释放,会造成位错自身的攀移, 位错吸收一个空位,则位错线在一个原子长 度上攀移一个原子间距,反之亦然。
(2)不可变形微粒的强化作用—— 奥罗万机制
· 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。 减小粒子尺寸或提高粒子的体积分数,都使合金 的强度提高。
5 夹杂物粒子和第二相粒子脱离基体
基体屈服后,由于变形机制的不同, 夹杂物粒子或第二相粒子脱离基体,降低钢 的强度。 造成原因:①随温度变化而性能的变 化不同导致有不同的变形特性; ②热膨胀系数不同产生热应力,与外 力叠加产生脱离。
6 晶界滑移
当温度高于0.5Tm时,晶界滑移变得比 较明显。通常有一个内聚温度(也叫等强温 度),这个温度晶界强度和晶内强度一样大, 高于这个温度,晶界相对较弱,晶界滑动可 以产生大量的变形,而变形抗力却不很大。
(二)满足工艺性能要求
模具的制造一般都要经过锻造、切削 加工、热处理等几道工序。为保证模具的制 造质量,降低生产成本,其材料应具有良好 的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及 可磨削性;还应具有小的氧化、脱碳敏感性 和淬火变形开裂倾向。
(三)满足经济性要求
模具选材必须考虑经济性这一原则,尽 可能地降低制造成本。因此,在满足使用性 能的前提下,首先选用价格较低的,能用碳 钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口 材料。 另外,在选材时还应考虑市场的生产和 供应情况,所选钢种应尽量少而集中,易购 买。
当由于模具结构的要求,尖锐圆角不 允许消除时,可将整体结构改成组合式或将 圆角的加工放在最终热处理后进行。 如内四方头螺栓,原设计用冷镦模镦 制,使用寿命500件,在冲头圆角过渡应力 集中部位折断;后来改进设计,加大圆角过 渡部位的半径,由R=0.127mm增大到 0.381~0.5mm,寿命提高到12000~27000件, 仍在圆角过渡处断裂失效;第二次改进设计 成组合式,寿命提高到100,000件,最终以 磨损失效
C 由于粒子的点阵常数与基体不一样, 粒子周围产生共格畸变,存在弹性应变场, 阻碍位错运动。 D 由于粒子的层错能与基体的不同,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。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一 致,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。 增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提 高强度。
1 减少诱发微孔的组成相,如减少沉淀相数 量。 2 提高基体塑性,从而可增大在基体上裂纹 扩展的能量消耗
3 增加组织的塑性形变均匀性,这主要为了 减少应力集中
4 避免晶界的弱化,防止裂纹沿晶界的形核 与扩展。
金属材料的强韧化性能
从学术的角度对材料性能分类主要有两种: (1)结构不敏感的性能 由原子本身的基本特性决定的因素,如元素 的熔点、弹性模量、线膨胀系数、磁特性等 结构不敏感的性能表示了原子核的性质。
(2)模具材料与热处理
模具材料对模具寿命的影响反映在模
具材料的选择是否正确、材质是否良好和使
用是否合理3个方面。
模具选材原则:
(一)满足工作条件要求 1 耐磨性 坯料在模具型腔中塑性变性时,沿型腔 表面既流动又滑动,使型腔表面与坯料间产 生剧烈的摩擦,从而导致模具因磨损而失效。 所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的 性能之一。
3疲劳断裂性能
模具工作过程中,在循环应力的长期作 用下,往往导致疲劳断裂。其形式有小能量 多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲 劳断裂及弯曲疲劳断裂。 模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、 韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。
4 高温性能
当模具的工作温度较高时,会使硬度和
强度下降,导致模具早期磨损或产生塑性变
原子扩散迁移的最有效机制就是空位扩
散机制。
高温时钢的强度损失机理
1 τp-N 启动自由位错在晶体中运动所需的最小应力。
2a P N 2G exp 1 b 该应力与温度关系很大,主要体现在晶体的 点阵常数随温度变化方面。随温度升高原子 的热振动使位错容易短程障碍物发生攀移而 流变应力逐渐下降。
(3)机械强韧化
是一个与之完全不同的强韧化机理,除 了结构、尺寸、形状方面的机械原因外,主 要指界面作用造成的强韧化。 在界面上发生的行为和现象,用上述理 论不能概括、代替。如两种材料组成复合材 料形成了新的界面造成的强韧化和各相的几 何尺寸变化造成的强韧化,这正是机械强韧 化,它可以构成独立的体系值得进一步研究。
ຫໍສະໝຸດ Baidu果晶体中的空位浓度偏离平衡浓度, 则这些非平衡的空位由于具有额外的能量, 将会对位错造成一种攀移方向的作用力。
由于非平衡空位的存在,对位错造成一 种作用力,这是一种化学力,称为渗透力。
Fos= [(KTb)/Va]ln(C/Co) C:空位浓度 Co:空位的平衡浓度 Va:空位体积 C> Co,即空位过饱和, Fos >0,使正刃 型位错向上攀移,负刃型位错向下攀移。 C< Co,即空位欠饱和, Fos < 0,使正刃 型位错向下攀移,负刃型位错向上攀移。 C= Co, Fos=0,无渗透力。
(3)粗大的沉淀相群体的强化作用
由两个相混合组成的组织的强化主要是由于: ① 一个相对另一个相起阻碍塑性变形的作 用,从而导致另一个相更大的塑性形变和加 工硬化,直到末形变的相开始形变为止。 ②在沉淀相之间颗粒可由不同的位错增殖机 制效应引入新的位错。
金属韧化的原理
改善金属材料韧性断裂的途径是:
三、模具选材及强韧化
我国现有模具生产厂点约20000余家, 从业人员约50万人,年产值达250亿元左右; 商品模具约占1/3,其余为自产自用。从模 具市场看,处于供不应求的状态,特别是精 密、大型、复杂、长寿命模具,缺口更大。 模具市场主要集中在汽车、摩托车、家 电、电子产品、通讯设备和仪器仪表等行业。 另外、通讯设备、PVC门窗和上下水管道及 管接头、铝型材加工等都将成为模具的重要 市场。
塑料模具钢选用时要兼顾其在塑料成 形温度下的强度、耐磨性和耐蚀性,同时还 应考虑其加工性能和镜面度。 热处理不当是导致模具早期失效的重 要因素。热处理对模具寿命的影响主要反映 在热处理技术要求不合理和热处理质量不良 两个方面。统计资料表明,由于选材和热处 理不当,致使模具早期失效的约占70%。
一、物理强韧化
指的是利用金属内部结构因素:即原子 排列、晶体结构、相的分布、大小与形状等 因素,控制、影响、改善金属材料的力学性 能的方法。这里晶体缺陷起了重要作用。
位错的交割
1 刃型位错之间的交割
(1)两个位错相互垂直,两个b也相互垂直
即b1⊥b2
交割前
交割后
(2)两个位错相互垂直,两个b相互平行
2位错攀移与交滑移
常温下,位错滑移被局限在特定的几个 滑移面上。在较高温度下,点缺陷的运动可 以改变位错的结构或使位错容易攀移。 当温度达到(0.5~0.7)Tm时,点缺陷 的数量大幅度增加,原子扩散速度也很高, 位错的攀移和交滑移变得非常显著。
3 析出相粗化和长大
在高温若停留时间足够长,析出相粗化 以达到稳定状态。 弥散析出物的强化效果与其大小和间距 密切相关。 4 钉扎原子脱离位错 高于一定临界温度柯氏气团会蒸发,即 消除了位错的钉扎作用。
交割前
交割后
2 螺型位错之间交割
→
两个相互垂直的螺位错相向运动交割后的情况
位错间相互交割时的变化:
(1)不在同一个滑移上的位错之间相互交 割,都发生对方b大小的变化。 (2)相互交割后位错线上产生的一段折线, 若是扭折会在位错线张力作用下自动消失, 而割阶不会。 (3)割阶有两种类型:一类可以随位错一 起滑移,另一类则不能滑移。
过饱和空位对正刃位错一个向上攀移 的力,这在强烈变形或位错塞积严重的情况 下会使应力得到适当的松弛,也因改变位错 的分布而使应力得到适当的松弛,这就是空 位的韧化(软化)作用,这个作用在适当的 温度更明显。
空位对晶体的韧化作用也体现在空位能
使扩散加速。塑性变形的本质不仅有位错运
动造成的滑移,同时伴随着原子的扩散迁移。
(2)结构敏感性能
它们与材料的组织形态、晶粒大小、加 工经历等密切相关。强韧化主要是解决结构 敏感的性能。
性能是衡量材料和判定材料的依据。从 工程应用的角度来讲,常提到的性能是使用 性能和工艺性能。
强度是在变形及断裂过程中表现出来的 特性,因此研究变形及断裂是研究强度的重 要手段和过程。 相变和形变是研究材料的两大领域,不 合理的相变和变形不均匀时,会造成应力集 中,达到一定程度就形成裂纹。
主讲人:邵红红
强韧化问题的主要着眼点在于 材料的性能。
调整化学成分 细化晶粒 金属材料的强韧化 形变热处理 复相热处理 下贝氏体强韧化
复习
强度 是材料抵抗变形和断裂的能力。 塑性 表示材料断裂时总的塑变程度。
韧性 是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力, 它是强度和塑性的综合表现。 材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的 多少表示韧性的高低.
3、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
4、沉淀相颗粒强化
(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。 主要有以下几方面的作用: A 位错切过粒子后产生新的界面,提高了界 面能。 B 若共格的粒子是一种有序结构,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。
硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情 况下,模具零件的硬度越高,磨损量越小, 耐磨性也越好。另外,耐磨性还与材料中碳 化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。
2 强韧性
模具的工作条件大多十分恶劣,有些 常承受较大的冲击负荷,从而导致脆性断裂。 为防止模具零件在工作时突然脆断,模具要 具有较高的强度和韧性。 模具的韧性主要取决于材料的含碳量、 晶粒度及组织状态。
形而失效。因此,模具材料应具有较高的抗
回火稳定性,以保证模具在工作温度下,具 有较高的硬度和强度。
5 耐冷热疲劳性能
有些模具在工作过程中处于反复加热和 冷却的状态,使型腔表面受拉、压交变应力 的作用,引起表面龟裂和剥落,增大摩擦力, 阻碍塑性变形,降低了尺寸精度,从而导致 模具失效。 冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之 一,这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。
模具的质量包括模具的精度、表面光洁 度和模具寿命3个方面。模具的精度和光洁 度主要由机加工决定,而模具的寿命取决于 设计、加工、材料、热处理和使用操作等多 个因素,其中材料和热处理是影响模具使用 寿命最重要的内在因素。
1影响模具使用寿命的基本因素
(1)结构设计
不合理的结构设计往往是造成模具早期 失效和热处理变形开裂的重要因素。 模具的结构设计应尽量避免尖锐的圆角 和过大的截面变化。尖锐圆角引起的应力集 中可高达平均计算应力的10多倍。
小结: 金属强化基本原理
1固溶强化 (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)间隙型溶质原子比臵换原子有更大的 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 霍尔-佩奇公式:σ s=σ +Kyd-1/2
金属强韧化从机理上划分可分为三种:
(1) 物理强韧化
金属内部晶体缺陷的作用和通过缺陷之
间的相互作用,对晶体的力学性能产生一定
的影响,进而改变金属性能的现象。
(2)化学强韧化
指的是元素的本质决定的因素以及元素 的种类不同和元素的含量不同造成的材料性 能的改变。这里包括了元素之间的相互作用 和结合对性能带来的影响,也包括元素的含 量不同造成的由量变到质变的许多问题。
图中阴影区域是23刃位错多余半原子面的区域, 如果这段位错沿滑移面移动,必然导致这个多余 半原子面扩大或缩小,即发生位错大攀移。
二、化学强韧化
化学强韧化的核心意义是阐述元素以化
学相互作用方式强韧化的概念、内涵、化学
强化所面对的结合键和材料腐蚀的问题。
空位对位错的作用
从物理意义上讲,晶体中的空位(和间 隙原子)在不断的运动状态中存在,位错对 空位的吸收和释放,会造成位错自身的攀移, 位错吸收一个空位,则位错线在一个原子长 度上攀移一个原子间距,反之亦然。
(2)不可变形微粒的强化作用—— 奥罗万机制
· 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。 减小粒子尺寸或提高粒子的体积分数,都使合金 的强度提高。
5 夹杂物粒子和第二相粒子脱离基体
基体屈服后,由于变形机制的不同, 夹杂物粒子或第二相粒子脱离基体,降低钢 的强度。 造成原因:①随温度变化而性能的变 化不同导致有不同的变形特性; ②热膨胀系数不同产生热应力,与外 力叠加产生脱离。
6 晶界滑移
当温度高于0.5Tm时,晶界滑移变得比 较明显。通常有一个内聚温度(也叫等强温 度),这个温度晶界强度和晶内强度一样大, 高于这个温度,晶界相对较弱,晶界滑动可 以产生大量的变形,而变形抗力却不很大。
(二)满足工艺性能要求
模具的制造一般都要经过锻造、切削 加工、热处理等几道工序。为保证模具的制 造质量,降低生产成本,其材料应具有良好 的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及 可磨削性;还应具有小的氧化、脱碳敏感性 和淬火变形开裂倾向。
(三)满足经济性要求
模具选材必须考虑经济性这一原则,尽 可能地降低制造成本。因此,在满足使用性 能的前提下,首先选用价格较低的,能用碳 钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口 材料。 另外,在选材时还应考虑市场的生产和 供应情况,所选钢种应尽量少而集中,易购 买。
当由于模具结构的要求,尖锐圆角不 允许消除时,可将整体结构改成组合式或将 圆角的加工放在最终热处理后进行。 如内四方头螺栓,原设计用冷镦模镦 制,使用寿命500件,在冲头圆角过渡应力 集中部位折断;后来改进设计,加大圆角过 渡部位的半径,由R=0.127mm增大到 0.381~0.5mm,寿命提高到12000~27000件, 仍在圆角过渡处断裂失效;第二次改进设计 成组合式,寿命提高到100,000件,最终以 磨损失效
C 由于粒子的点阵常数与基体不一样, 粒子周围产生共格畸变,存在弹性应变场, 阻碍位错运动。 D 由于粒子的层错能与基体的不同,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。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一 致,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。 增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提 高强度。
1 减少诱发微孔的组成相,如减少沉淀相数 量。 2 提高基体塑性,从而可增大在基体上裂纹 扩展的能量消耗
3 增加组织的塑性形变均匀性,这主要为了 减少应力集中
4 避免晶界的弱化,防止裂纹沿晶界的形核 与扩展。
金属材料的强韧化性能
从学术的角度对材料性能分类主要有两种: (1)结构不敏感的性能 由原子本身的基本特性决定的因素,如元素 的熔点、弹性模量、线膨胀系数、磁特性等 结构不敏感的性能表示了原子核的性质。
(2)模具材料与热处理
模具材料对模具寿命的影响反映在模
具材料的选择是否正确、材质是否良好和使
用是否合理3个方面。
模具选材原则:
(一)满足工作条件要求 1 耐磨性 坯料在模具型腔中塑性变性时,沿型腔 表面既流动又滑动,使型腔表面与坯料间产 生剧烈的摩擦,从而导致模具因磨损而失效。 所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的 性能之一。
3疲劳断裂性能
模具工作过程中,在循环应力的长期作 用下,往往导致疲劳断裂。其形式有小能量 多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂、接触疲 劳断裂及弯曲疲劳断裂。 模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、 韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。
4 高温性能
当模具的工作温度较高时,会使硬度和
强度下降,导致模具早期磨损或产生塑性变
原子扩散迁移的最有效机制就是空位扩
散机制。
高温时钢的强度损失机理
1 τp-N 启动自由位错在晶体中运动所需的最小应力。
2a P N 2G exp 1 b 该应力与温度关系很大,主要体现在晶体的 点阵常数随温度变化方面。随温度升高原子 的热振动使位错容易短程障碍物发生攀移而 流变应力逐渐下降。
(3)机械强韧化
是一个与之完全不同的强韧化机理,除 了结构、尺寸、形状方面的机械原因外,主 要指界面作用造成的强韧化。 在界面上发生的行为和现象,用上述理 论不能概括、代替。如两种材料组成复合材 料形成了新的界面造成的强韧化和各相的几 何尺寸变化造成的强韧化,这正是机械强韧 化,它可以构成独立的体系值得进一步研究。
ຫໍສະໝຸດ Baidu果晶体中的空位浓度偏离平衡浓度, 则这些非平衡的空位由于具有额外的能量, 将会对位错造成一种攀移方向的作用力。
由于非平衡空位的存在,对位错造成一 种作用力,这是一种化学力,称为渗透力。
Fos= [(KTb)/Va]ln(C/Co) C:空位浓度 Co:空位的平衡浓度 Va:空位体积 C> Co,即空位过饱和, Fos >0,使正刃 型位错向上攀移,负刃型位错向下攀移。 C< Co,即空位欠饱和, Fos < 0,使正刃 型位错向下攀移,负刃型位错向上攀移。 C= Co, Fos=0,无渗透力。
(3)粗大的沉淀相群体的强化作用
由两个相混合组成的组织的强化主要是由于: ① 一个相对另一个相起阻碍塑性变形的作 用,从而导致另一个相更大的塑性形变和加 工硬化,直到末形变的相开始形变为止。 ②在沉淀相之间颗粒可由不同的位错增殖机 制效应引入新的位错。
金属韧化的原理
改善金属材料韧性断裂的途径是:
三、模具选材及强韧化
我国现有模具生产厂点约20000余家, 从业人员约50万人,年产值达250亿元左右; 商品模具约占1/3,其余为自产自用。从模 具市场看,处于供不应求的状态,特别是精 密、大型、复杂、长寿命模具,缺口更大。 模具市场主要集中在汽车、摩托车、家 电、电子产品、通讯设备和仪器仪表等行业。 另外、通讯设备、PVC门窗和上下水管道及 管接头、铝型材加工等都将成为模具的重要 市场。
塑料模具钢选用时要兼顾其在塑料成 形温度下的强度、耐磨性和耐蚀性,同时还 应考虑其加工性能和镜面度。 热处理不当是导致模具早期失效的重 要因素。热处理对模具寿命的影响主要反映 在热处理技术要求不合理和热处理质量不良 两个方面。统计资料表明,由于选材和热处 理不当,致使模具早期失效的约占70%。
一、物理强韧化
指的是利用金属内部结构因素:即原子 排列、晶体结构、相的分布、大小与形状等 因素,控制、影响、改善金属材料的力学性 能的方法。这里晶体缺陷起了重要作用。
位错的交割
1 刃型位错之间的交割
(1)两个位错相互垂直,两个b也相互垂直
即b1⊥b2
交割前
交割后
(2)两个位错相互垂直,两个b相互平行
2位错攀移与交滑移
常温下,位错滑移被局限在特定的几个 滑移面上。在较高温度下,点缺陷的运动可 以改变位错的结构或使位错容易攀移。 当温度达到(0.5~0.7)Tm时,点缺陷 的数量大幅度增加,原子扩散速度也很高, 位错的攀移和交滑移变得非常显著。
3 析出相粗化和长大
在高温若停留时间足够长,析出相粗化 以达到稳定状态。 弥散析出物的强化效果与其大小和间距 密切相关。 4 钉扎原子脱离位错 高于一定临界温度柯氏气团会蒸发,即 消除了位错的钉扎作用。
交割前
交割后
2 螺型位错之间交割
→
两个相互垂直的螺位错相向运动交割后的情况
位错间相互交割时的变化:
(1)不在同一个滑移上的位错之间相互交 割,都发生对方b大小的变化。 (2)相互交割后位错线上产生的一段折线, 若是扭折会在位错线张力作用下自动消失, 而割阶不会。 (3)割阶有两种类型:一类可以随位错一 起滑移,另一类则不能滑移。
过饱和空位对正刃位错一个向上攀移 的力,这在强烈变形或位错塞积严重的情况 下会使应力得到适当的松弛,也因改变位错 的分布而使应力得到适当的松弛,这就是空 位的韧化(软化)作用,这个作用在适当的 温度更明显。
空位对晶体的韧化作用也体现在空位能
使扩散加速。塑性变形的本质不仅有位错运
动造成的滑移,同时伴随着原子的扩散迁移。
(2)结构敏感性能
它们与材料的组织形态、晶粒大小、加 工经历等密切相关。强韧化主要是解决结构 敏感的性能。
性能是衡量材料和判定材料的依据。从 工程应用的角度来讲,常提到的性能是使用 性能和工艺性能。
强度是在变形及断裂过程中表现出来的 特性,因此研究变形及断裂是研究强度的重 要手段和过程。 相变和形变是研究材料的两大领域,不 合理的相变和变形不均匀时,会造成应力集 中,达到一定程度就形成裂纹。