几个固溶强化合金的实例

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金属强化方法及应用实例

金属强化方法及应用实例金属强化是一种常用的技术，可以提高金属材料的力学性能和耐久性。

金属强化方法包括固溶强化、时效强化、冷加工强化等。

下面将具体介绍这些强化方法及其应用实例。

固溶强化是指将固态原子溶解到金属晶体中，形成固溶体，从而提高金属的强度和硬度。

固溶强化的原理是通过溶质原子的固溶体强化效应来增强金属的力学性能。

例如，将镁加入铝合金中，形成Al-Mg固溶体，可以显著提高铝的抗拉强度和硬度。

时效强化是指在固溶处理后，通过热处理使溶质原子析出并形成了细小的弥散相，从而进一步提高金属的强度和硬度。

时效强化的原理是通过析出相的弹性或阻碍作用来增加材料的屈服强度和抗拉强度。

例如，对铝合金进行固溶处理后，在较低温度下进行时效处理，可以使Al-Cu合金中析出富Cu的θ'相，进一步提高合金的强度和硬度。

冷加工强化是指在室温下对金属材料进行塑性变形，通过位错的移动和堆积来增加材料的强度和硬度。

冷加工强化的原理是通过增多材料中的位错密度和堆积缺陷来增强金属的力学性能。

例如，对钢材进行冷轧、拉伸等加工处理，可以显著提高钢材的强度和韧性。

除了上述方法，还有几种其他常用的金属强化方法，如沉积强化、扩散强化和组分合理化等。

沉积强化是指将一种金属材料沉积在另一种金属材料的表面，形成复合材料，从而提高材料的强度和耐腐蚀性能。

例如，将钢材的表面镀上一层镍或铬，可以显著提高钢材的抗腐蚀性能。

扩散强化是指通过在金属表面形成固溶体和化合物的扩散层，从而提高金属的强度和耐腐蚀性能。

例如，将钢材加热至高温，在气氛中加入含碳气体，使碳元素通过扩散反应与钢中的铁元素形成固溶体和化合物层，可以提高钢材的硬度和耐磨性能。

组分合理化是指通过合适地调整金属材料的化学成分，使其具有更好的力学性能和耐腐蚀性能。

例如，在不锈钢中加入适量的铬、镍和钼等元素，可以提高不锈钢的抗腐蚀性能和热稳定性。

金属强化方法的应用非常广泛，以下是一些实例：1.航天航空领域：采用时效强化的高强度、高温合金用于飞机和火箭的结构件，以提高其耐热性和安全性。

固溶体的强化作用

固溶体的强化作用虽然纯金属在实际工业生产上得到了一定的应用，但是由于其强度一般都很低，如铁的抗拉强度约为200MPa，而铝的抗拉强度还不到100MPa，显然都不符合用作工业的结构材料。

近年来，为了适应多方面的要求，各种新材料、新工艺不断出现，但是就目前来说，新材料的制造方法比较复杂，制备成本较高，市场应用不是特别广泛，所以，在今后很长一段时间之内，用的较多的仍然是一些传统材料。

目前应用的金属材料大多数是合金，新材料的广泛应用还有一段时间。

所以，对其研究仍有重大意义。

固溶体是几乎所有合金的基体相，固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。

当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。

随着溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般规律情况是：强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等。

例如铜镍合金，其性能如图一。

通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所受到的阻力增大的缘故。

固溶强化是材料的一种主要的强化途径。

实践证明，适当掌握固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，使其仍然保持相当好的塑性和韧性。

例如，向铜中加入19%镍，可使合金的σb由220MPa升高至380 -400MPa，硬度由HB44升高至HB70，而塑性仍然保持Ψ=50%。

数据结果如图一。

若将铜通过其他途径（例如冷变形时的加工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将接近完全丧失。

十分明显，固溶强化是一种极为优异的强化方式，因而在金属材料的生产和研究中得到了极为广泛的应用，几乎所有对综合力学性能要求较高（强度、韧性和塑性之间有较好的配合）的结构材料都是以固溶体作为最主要最基本的相组成物的。

可是通过单纯的固溶强化所达到的最高强度指标仍然有限，常常不能满足人们对于结构材料的要求，因而不得不在固溶强化的基础上再补充进行其他强化处理。

铝合金强化方法

铝合金强化方法入后通过以下几个方面对铝进行强化。

1．固溶强化合金元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。

在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。

一般铝的合金化都形成有限的固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体，并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。

2．时效强化铝合金热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。

这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间和延长而增高，但塑性降低。

这个过程就称时效。

时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。

3．过剩相强化当铝中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。

在铝合金中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。

它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。

合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，由于合金变脆而导致强度、塑性降低。

4细化组织强化在铝合中添加微量元素细化组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。

变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。

铸造铝合金中常加入微量元素作变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。

变质处理对不能热处理强化或强化效果不大的铸造铝合金和变形铝合金具有特别重要的意义。

比如在铝硅铸造铝合金中加入微量钠或钠盐或锑作变质剂进行变质处理，细化组织可以显著提高塑性和强度。

同样在铸造铝合金中加入少量锰、铬、钴等元素能使杂质铁形成的板块状或针状化合物AlFeSi细化，提高塑性，加入微量锶可消除或减少初晶硅，并使共晶硅细化；粒子园整度提高。

5冷变形强化冷变形强化亦称冷作硬化，即金属材料在再结晶温度以下冷变形，冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。

NI80CR20固溶强化型高温合金

NI80CR20（GH30）Nimonic 75A高温合金NI80CR20固溶强化型高温合金是早期发展的80Ni-20Cr固溶强化型高温合金，化学成分简单，在800℃以下具有满意的热强性和高的塑性，并具有良好的抗氧化、热疲劳、冷冲压和焊接工艺性能。

合金经固溶处理后为单相奥氏体，使用过程中组织稳定。

主要产品是冷轧薄板，也可以供应棒材、环件、丝材和管材等变形产品。

主要用于800℃以下工作的涡轮发动机燃烧室部件和在1100℃以下要求抗氧化但承受载荷很小的其他高温部件。

NI80CR20具有较强热加工及冷加工性能，用于制作各种化工设备及配套配件。

NI80CR20简介上海骏廷主营：蒙乃尔MONEL 英科耐尔Inconel 因科诺伊Incoloy 哈氏合金HastelloyGH高温合金铸造高温合金 NS耐腐蚀合金 J系列软磁合金 Stellite司太立合金奥氏体不锈钢双相不锈钢沉淀硬化钢等1.1、材料牌号NI80CR20（GH30）1.2、相近牌号ЗИ435XH78T(俄罗斯）1.3、材料的技术标准GJB 1952-1994《航空用高温合金冷轧薄板规范》GJB 2297-1995《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》GJB 2611-1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》GJB 2612-1996《航空用高温合金冷拉丝材规范》GJB 3020-1997《航空用高温合金环坯规范》GJB 3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》GJB 3318-1998《航空用高温合金冷轧带材规范》GJB 3165-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》GJB 3167-1998《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》GB/T 15062-1994 《一般用高温合金管》1.4、化学成分表1-1C Cr NiTi Al Fe Mn Si P S≤0.1 219.0～22.0余量0.15～0.35≤0.15≤1.5≤0.7≤0.8≤0.03≤0.02注：1.棒材和环坯标准规定，Cu≤0.20%。

五大细晶强化

金属强化机制一．固溶强化通过溶入某种溶质元素形成固溶体（固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构）而使金属强度硬度提高的现象称为固溶强化。

分为间隙固溶强化（尺寸比较小的间隙原子引起的强化如：Fe 与 C ，N ，O ，H 形成间隙固溶体）和置换固溶强化（尺寸比较大的置换原子引起的强化如：Fe与Mn、Si 、Al 、Cr 、Ti 、Nb等形成置换固溶体）。

1.固溶强化机制：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。

由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然引起一些现象，例如：溶质原子聚集在位错周围钉扎住位错（弹性交互作用）；溶质原子聚集在层错处，阻碍层错的扩展与束集（化学交互作用）；位错与溶质间形成偶极子（电学交互作用）。

这些现象都增加了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高了金属的强度和硬度。

2.固溶强化的规律：（1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好（2）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。

但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。

（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。

3. 实例: 纯Cu 中加入19%的Ni ，可使合金的强度由220MPa 提高到380~400MPa ，硬度由44HBS 升高到70HBS ，而塑性由70%降低到50%，降幅不大。

若按其它方法（如冷变形加工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将接近完全丧失。

二. 细晶强化金属的晶粒越细，单位体积金属中晶界和亚晶界面积越大，金属的强度越高，这就是细晶强化，主要分为晶界强化和亚晶界强化两大类。

铝合金的强化方式主要有以下几种

铝合金的强化方式主要有以下几种：1．固溶强化纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。

根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。

Al－Cu、Al －Mg、Al－Si、Al－Zn、Al－Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体，并且均有较大的极限溶解度（见表9-2），因此具有较大的固溶强化效果。

2．时效强化合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。

但由于铝没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。

铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。

所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。

这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。

在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。

时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。

其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。

3．过剩相强化假如铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。

在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。

它们在合金中阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。

在生产中经常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。

过剩相数量越多，分布越弥散，则强化效果越大。

但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。

过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。

4．细化组织强化许多铝合金组织都是由α固溶体和过剩相组成的。

若能细化铝合金的组织，包括细化α固溶体或细化过剩相，就可使合金得到强化。

由于铸造铝合金组织比较粗大，所以实际生产中经常利用变质处理的方法来细化合金组织。

为什么有时候说固溶强化有时候又说固溶处理是为了软化

从理论上来说，固溶处理应该是在高温状态下让合金元素均匀地溶入晶粒中，再通过急冷，强行将合金元素固定在晶粒内，得到合金成分均匀的奥氏体单相组织，避免合金元素的析出。

若从以上理论而言，固溶应该是将材料软化的过程。

那么何来的固溶强化一说呢。

毕竟不论合金元素是通过时效达到均匀析出，还是通过自发的晶界聚集，都是材料硬化或强化的过程，区别只在后者硬脆且塑性低，是我们不希望的一种硬态。

但固溶状态相对于这两者而言，做的都是一个软化的工作。

对奥氏体不锈钢而言，若是在冷加工工序的中间做固溶处理，当然是为了降低硬度、释放应力，这是为了软化。

若是在熔炼结束后或是成品出货前做的热处理，应该就是均匀奥氏体中合金元素的过程。

这个还比较好理解。

但对镍基合金来说，书上经常只说做多少度的固溶处理，并不讲固溶的目的为何、结果为何。

那么问题就来了，镍基合金从真空感应、电渣重熔、热加工、冷加工、精整处理，如此多道工序之间或之后，肯定不只一次做固溶，那么哪些达到了强化、哪些达到了软化，凭什么有的说强化，有的说软化？镍基牌号中，单数开头的都是固溶强化型，那么固溶为什么会让它强化？如果非要说强化，不过是合金元素固溶入基体原有晶格后，引起点阵畸变造成的一点晶格强化而已。

如此弱的强化作用，怎么能和析出强化相比，当然更不能和冷作硬化相比。

为什么这些牌号中大量的合金元素，不能让它们均匀析出达到弥散强化，而非要固溶进基体中，而且固溶完后还要称其为强化。

实际上固溶态不管是比起均匀析出态，还是比起冷加工变形态，都是相对软的状态。

如果说这些合金的使用工况不需要高强度，而特别在意材料的均匀性和塑性，那么进行固溶处理无可厚非。

但我不明白的是为什么要给这种固溶处理冠以强化两个字，非要说是固溶达到了强化的目的。

实际上对比固溶之前的冷加工态，硬度和强度肯定是降低了的，这强化二字是针对何者而言？为什么不能用冷作硬化加退火，或是固溶加时效，而非要固溶，还说是强化。

若是没有析出效果的合金，做固溶有什么意义，反正它也不会自然析出。

Al合金制备

有色合金的热处理
退火固溶处理时效处理
退火
把铸件加热到较高温度，保温一定时间后缓慢冷却到室温的操作。有色合金退火的目的与钢热处理中退火的目的相同，即消除铸件内应力、改善与提高铸件的塑性。
固溶处理
把铸件加热到所能允许的高温，并在此温度保温一段时间后快速冷却的操作。在固溶过程中，第二相(强化组元或相应组元所形成的强化相)溶解进入固溶体中，在随后快速冷却过程中被迫固定在固溶体中，形成过饱和固溶体，保留到室温。例子 Al-Si-Mg合金 Mg2Si相 Al-Cu合金 CuAl2相目的：1提高铸件的强度与塑性； 2提高铸件的耐蚀性； 3为时效处理作组织准备
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GP2区中Cu、Al原子按一定的次序排列，形成有序化的正方晶体结构。常用θ″表示。θ″尺寸比GP区大，呈圆片状，也较均匀弥散分布于基体中。θ ″相的析出既可以从母体中形核并借GP区的溶解而长大，也可由 GP区转变而成。 θ ″与基体仍保持完全共格关系，{100} θ″ //{100} Al，在a、b两个方向上的晶格常数与Al 的相等，但在c轴上却不相同， cθ″=7.68Å，2cAl=2×4.04=8.08Å。有3.5%的错配度。正是由于这3.5% 的错配度产生了相当大的共格应变。因此 θ″相的析出形成的弹性应变区比析出GP区的显著增加。返回
影响固溶处理效果的因素
1 固溶温度为保证第二相质点(强化相)在固溶过程中具有较高的溶解速度及固溶处理后达到高的过饱和度，固溶温度应尽可能高。但其上限应低于合金组织中低熔点组织的熔点。 Al-Si-Mg合金中α+Si+Mg2Si三元共晶体的熔点为558°C，固溶处理温度一般选在530~540 °C 2 保温时间它由强化组元的溶解速度决定。一般来说，保温时间要足够保证强化组元全部溶解。 3 冷却速度冷却速度越大，固溶体自高温固定下来的过饱和度就越高，固溶的效果就越好。

几个固溶强化合金的实例

几种以固溶强化为主要强化机制的合金固溶强化是指合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。

其原理在材料科学基础的各类教材中均有详细介绍，就不做赘述了，在此提供几种常见的固溶强化合金实例，让大家更好的了解这种强化机制，也便于将所学知识结合到材料科学的实际应用中。

1．微量Ag对铜合金性能的影响Cu-Ag合金是典型的固溶强化型合金，在共晶温度(779℃)时银在铜中的溶解度可达8％。

银分布在固溶体中，从而提高铜的强度和硬度，产生显著的固溶强化效应。

一般说来，铜中加入合金元素，溶质原子溶入晶格后会引起晶体点阵畸变，这种畸变的晶格点阵对运动电子的散射作用也相应加剧。

因此，固溶强化对铜的导电性和强度的效应是矛盾的。

但银与可固溶于铜的其他元素不同，含银量少时，铜的电导率和热导率的下降不多，对塑性的影响也甚微，并显著提高铜的再结晶温度、蠕变强度和抗高温热低周疲劳。

在相关文献中有介绍：在铜中加入0.2％-1％银后，导电率仍保持在100％IACS，形变强化后强度可达到400MPa以上：Cu-0.085％Ag经冷加工后，强度可达到420MPa，导电率为100％IACS，Cu-10％Ag经适当处理后，强度可达到1000MPa，导电率可达80％IACS。

2. 微量元素对Pt或Pt-Rh合金高温强度的影响微量或少量元素对Pt 和Pt-Rh 合金的高温强度有明显的影响，溶质W、Mo、Ir、Ru、Os、Re 等内聚能很高，它们对Pt、Pd的强化效果很好，所有过渡族元素及Cu、Ag和Au在Pt中也有相当高的固溶度，特别是周期表中Pt附近的元素与Pt形成连续固溶体。

在不甚高的温度范围内，这些元素对Pt均有不同程度的固溶强化作用。

3. V-4Cr-4Ti合金的氢致硬化钒合金具有较强的吸氢能力，合金元素Ti能显著提高合金的吸氢量，在发生氢脆断裂的临界氢含量下，达到氢致脆性断裂之前，钒合金的氢致硬化是一种典型的固溶强化。

7075铝合金的强化固溶处理.doc

强化固溶处理对7075铝合金组织和性能的影响蔺亚强（陕理工材料科学与工程学院金属材料工程专业071班，陕西汉中723003）指导教师：孛海娃[摘要]：7075铝合金是可热处理合金，具有良好的机械性能。

本文在箱式热处理炉中对7075铝合金进行了固溶处理和强化固溶处理以及人工时效处理。

对处理后的合金进行金相显微观察分析其组织状态，进行硬度测试以测定其力学性能。

结果表明：通过465℃加热保温30min，再升温到475℃保温30min的强化固溶处理，可大大减少第二相的尺寸和数量，晶粒更细小、强度更高、分布更均匀。

因而对该合金的理论研究与实际生产起到一定的理论指导意义。

[关键词]：强化固溶；7075铝合金；组织和性能Influence of Strengthened Solution on Microstructures of7075 Aluminum AlloyLin Yaqiang（Grade07,Class1, Major metallic materials engineering, School of materials science and engineering, Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor: Bo HaiwaAbstract:7075 aluminum alloy is a heat treatable alloy with good mechanical properties. In this paper, solution treatment and enhanced solution treatment as well as artificial aging were used to 7075 aluminum alloy in box heat-treatment furnace. Then microscopy was used to observe microstructure, and hardness test to mechanical properties. The results show that, after the enhanced solution treatment of 465℃/30min+475℃/30min, the number and size of second-phase particles was decreased hardly, grain’ size of alloy was finer, hardness higher, and distribution more distributed. It was significant to theoretical research and practical production to the alloy.Key words:7075 aluminum Alloy; strengthened solution; Microstructures and Properties目录中文摘要Abstract1 综述 (1)1.17075铝合金的简介 (1)1.2固溶处理的基本概念 (2)1.3强化固溶处理的基本概念 (3)1.4时效处理的基本概念 (3)1.5研究的目的和意义 (5)2试验方案 (5)2.1设备 (5)2.2材料 (5)2.3试验内容 (5)2.3.1固溶处理 (6)2.3.2强化固溶处理 (6)2.3.3时效处理 (6)2.4试样的制取 (6)2.5金相组织的观察 (7)2.6力学性能的检测 (7)3 结果与讨论 (7)3.1组织性能分析 (7)3.2力学性能分析 (9)3.3讨论 (10)4结论 (11)参考文献 (12)致谢 (13)1 综述1.1 7075铝合金的简介随着航空、航天等领域的高速发展，对高性能铝合金提出了越来越高的要求，国外通过改变合金的化学成分和提高合金纯度，采用先进的加工技术, 以及新的热处理规范等发展了一批高强、高韧和低密度的高性能铝合金[1]。

固溶强化的具体应用

固溶强化的具体应用一、什么是固溶强化固溶强化是指在金属合金中添加一些其他元素，使其形成固溶体，从而提高其力学性能的方法。

通过加入其他元素，可以改变合金的晶体结构和化学成分，从而影响材料的性能。

固溶强化可以提高材料的抗拉强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。

二、固溶强化的具体应用1. 航空航天领域航空航天领域需要使用高强度、轻量化的材料。

固溶强化可以提高合金的抗拉强度和硬度，使其在重载环境下具有更好的机械性能。

例如，钛合金就是一种常见的用于制造飞机和火箭部件的材料，其中添加了铝、锰等元素进行固溶强化。

2. 汽车制造业汽车制造业需要使用高韧性、高硬度、耐磨损和耐腐蚀的材料。

通过固溶强化可以改善合金的力学性能和耐蚀性能。

例如，在汽车发动机中使用铝镁合金进行固溶强化，可以提高其抗拉强度和耐磨性。

3. 电子行业电子行业需要使用高导电性、高强度的材料。

固溶强化可以提高合金的导电性和力学性能。

例如，在制造电子元件时，使用铜合金进行固溶强化，可以提高其导电性和机械强度。

4. 医疗器械医疗器械需要使用无毒、无害、耐腐蚀的材料。

通过固溶强化可以改善合金的耐腐蚀性能和生物相容性。

例如，在制造人工关节时，使用钛合金进行固溶强化，可以提高其生物相容性和耐腐蚀性。

5. 建筑领域建筑领域需要使用高强度、耐久性好的材料。

通过固溶强化可以提高合金的抗拉强度、硬度和耐久性。

例如，在建筑结构中使用钢材进行固溶强化，可以提高其力学性能和耐久性。

三、固溶强化方法1. 回火处理回火处理是最常用的一种固溶强化方法。

在回火处理中，先将合金加热到一定温度，使其固溶体中的其他元素溶解在基体中，然后再进行冷却。

这样可以使合金的晶体结构变得更加均匀，从而提高其力学性能。

2. 冷变形冷变形是另一种常用的固溶强化方法。

在冷变形中，合金被强制拉伸或压缩，从而改变其晶体结构和化学成分。

这样可以使合金的抗拉强度和硬度得到提高。

3. 热处理热处理是一种将材料加热到一定温度并保持一段时间后再进行冷却的方法。

铝合金的强化方法

铝合金的强化方法
铝合金的强化方法主要包括固溶强化和沉淀强化两种。

具体的强化方法如下：
1. 固溶强化：通过固溶处理，将一些合金元素加入到铝基体中，形成固溶团簇，提高铝的强度和硬度。

常用的固溶强化元素有铜、镁、锌等。

在固溶强化时，需要控制加热温度、时间和冷却速度等参数，以保证合金元素能够均匀地分布在铝基体中。

2. 沉淀强化：在合金中加入一定量的沉淀相形成元素，通过沉淀反应的方式，使合金的强度和硬度得到提高。

常用的沉淀强化元素有硅、锆、钇、稀土等。

沉淀强化需要控制合金化处理温度、时间和沉淀相形成的速度。

值得注意的是，冷变形和热变形也是铝合金强化的重要方法。

通过冷变形（例如挤压、拉伸、压缩等）或热变形（例如热轧、热挤压等）对铝合金进行形变加工，可以引入更多位错和晶界，从而提高材料的强度和硬度。

此外，对铝合金进行热处理（如时效处理）也能够有助于强化材料。

通过精确控制加热温度和保温时间，使合金中的部分元素在固溶状态下形成固溶团簇或沉淀相，以增强材料的强度和硬度。

固溶体强化的原理和应用

固溶体强化的原理和应用1. 引言固溶体强化是指通过将溶质原子或分子掺入晶格中来增强材料的力学性能的一种方法。

溶质原子或分子的掺入可以改变晶格结构、形成固溶体或形成间隙固溶体，从而改变材料的力学性能。

固溶体强化广泛应用于金属、合金和陶瓷等材料中。

2. 固溶体强化的原理固溶体强化的原理主要包括以下几个方面：•溶质原子或分子的固溶：溶质原子或分子会与基体原子或离子形成固溶体，改变材料的晶格结构和晶体缺陷，从而影响力学性能。

•溶质原子或分子的尺寸效应：溶质原子或分子的尺寸与基体原子或离子的尺寸不同，通过尺寸效应可以引起晶格畸变，增加材料的硬度和强度。

•溶质原子或分子的弹性应变：溶质原子或分子与基体原子或离子之间存在应力场，通过弹性应变可以增加材料的耐疲劳性和抗蠕变性。

•溶质原子或分子的界面效应：溶质原子或分子与基体原子或离子之间的界面能量可以影响晶体的位错运动和晶界强化效应，从而增加材料的强度和韧性。

3. 固溶体强化的应用固溶体强化在材料科学和工程中有广泛的应用，以下是其中几个典型的应用领域：3.1 金属强化金属材料中常用的固溶体强化方式包括固溶度限制、固溶体合金化和弥散强化。

•固溶度限制：通过控制固溶体中溶质原子的最大溶解度，限制溶质原子溶解到基体中，从而增加材料的强度和韧性。

•固溶体合金化：将两种或多种金属元素形成固溶体，通过合金元素的交互作用增强材料的力学性能。

•弥散强化：通过向基体材料中加入微小的固溶体颗粒，形成弥散相，增加材料的硬度和强度。

3.2 合金强化固溶体强化在合金材料中起到关键作用。

合金强化可以通过调节合金组分、合金化处理和固溶体析出等方式实现。

•调节合金组分：通过精确控制合金中各元素的含量和组成，确定合金的相图和固溶体形成能力，实现合金的强化效果。

•合金化处理：通过热处理、变形处理、等离子强化等方式改变合金的晶体结构和晶体缺陷，从而增加材料的力学性能。

•固溶体析出：通过合金材料中固溶体的过饱和度和固溶体析出的热力学稳定性来实现强化效果。

金属材料的强化方法_细晶强化_沉淀强化_固溶强化_第二相强化_形变强化

金属的五种强化机制及实例1 固溶强化(1)纯金属加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。

（2）固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。

合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。

畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用, 使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。

位错滑移时必须克服气团的钉扎作用, 带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来, 使位错滑移所需的切应力增大。

（3）实例：表1 列出了几种普通黄铜的强度值, 它们的显微组织都是单相固溶体, 但含锌量不同, 强度有很大差异。

在以固溶强化作为主要强化方法时, 应选择在基体金属中溶解度较大的组元作为合金元素, 例如在铝合金中加入铜、镁; 在镁合金中加入铝、锌; 在铜合金中加入锌、铝、锡、镍; 在钛合金中加入铝、钒等。

表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)对同一种固溶体, 强度随浓度增加呈曲线关系升高, 见图1。

在浓度较低时, 强度升高较快, 以后渐趋平缓,大约在原子分数为50 %时达到极大值。

以普通黄铜为例: H96 的含锌量为4 % , σb 为240MPa , 与纯铜相比其强度增加911 %;H90 的含锌量为10 % , σb 为260MPa , 与H96 相比强度仅提高813 %。

2 细晶强化(1) 晶界上原子排列紊乱, 杂质富集,晶体缺陷的密度较大, 且晶界两侧晶粒的位向也不同, 所有这些因素都对位错滑移产生很大的阻碍作用, 从而使强度升高。

晶粒越细小, 晶界总面积就越大, 强度越高, 这一现象称为细晶强化。

(2) 细晶强化机制：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。

实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。

五大细晶强化

分为间隙固溶强化（尺寸比较小的间隙原子引起的强化如：Fe与C , N , O , H形成间隙固溶体）和置换固溶强化（尺寸比较大的置换原子引起的强化如：Fe与Mn、Si、Al、Cr、Ti、Nb 等形成置换固溶体）。

1.固溶强化机制：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。

这些现象都增加了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高了金属的强度和硬度。

2.固溶强化的规律：（1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好s铁内溶解的原子数量（浓度）置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。

（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。

3.实例：纯Cu中加入19%的Ni,可使合金的强度由220MPa提高到380~400MPa,硬度由44HBs 升高到70HBS,而塑性由70%降低到50%,降幅不大。

若按其它方法（如冷变形加工硬化）获得同样的强化效果,其塑性将接近完全丧失。

二.细晶强化金属的晶粒越细,单位体积金属中晶界和亚晶界面积越大,金属的强度越高,这就是细晶强化,主要分为晶界强化和亚晶界强化两大类。

（1）晶界强化实验证明,金属的屈服强度与其晶粒尺寸之间有下列关系：o =o + K D一1/2此式称为霍耳-配奇公式（Hall-Petch公式）。

式中：O i——为常数，相当于单晶体的屈服强度；D——为多晶体中各晶粒的平均直径；K——为晶界对强度影响程度的常数，与晶界结构有关。

7系铝合金的强化机制

7系铝合金是一类以铝和锌为主要合金元素的高强度、高塑性合金，其中主要包括7075、7050、7049等型号。

这类铝合金的强化主要依赖于以下成分的相互作用：
1. 固溶强化：在合金化铝中加入一定量的Zn元素，能使其在固溶热处理过程中形成固溶体和固溶体中溶解的富锌相（合金）。

富锌相的分布、形态和尺寸随Zn含量的不同而不同，其体积分数与合金的硬度成正比，因此合金中富锌相的分散和尺寸越均匀，合金的强度就越大。

2. 中间相强化：添加小量的铜、铝、镁等元素后，会形成一些中间相颗粒（如Al2Cu、MgZn2等），这些相颗粒大小介于纳米级别到亚微米级别之间。

这些相颗粒的分布均匀性、形貌和尺寸对合金的力学性能均有影响，同时还能提高合金的抗疲劳性能和断裂韧性。

3. 形变强化：7系铝合金采用冷加工制造方法，如挤压、轧制、拉伸等，会使合金产生形变，从而形成大量的位错和晶界，这些缺陷会阻碍晶界滑移，增加合金的应变硬化程度，提高其强度。

综上所述，7系铝合金的强化机制主要依赖于固溶强化、中
间相强化和形变强化等多重效应的综合作用。

在制造过程中应根据不同的合金元素含量、加工工艺和工件要求等综合因素对合金进行合理配方和加工方式的设计，实现7系铝合金的最佳性能。

不同铜合金的强化方法与特点

不同铜合金的强化方法与特点以下是 8 条关于不同铜合金的强化方法与特点的内容：1. 固溶强化，这就好像给铜合金注入了一股强大的力量！你看青铜，通过加入其他元素进行固溶，强度那可是蹭蹭上涨啊！就如同给一辆车换上了更强劲的引擎，跑得更快更有力！2. 沉淀强化，这真的超神奇！好比在铜合金里埋下了一颗颗“能量种子”，然后这些种子发芽长大，让合金变得超级厉害！像黄铜经过沉淀强化后，性能简直焕然一新，让人惊叹不已！3. 形变强化，哇塞，这就像是给铜合金做了一次“健身锻炼”呀！经过挤压、拉伸等形变处理，铜合金会变得坚韧无比。

咱常见的白铜，形变强化后就能更好地应对各种挑战，厉害得很呐！4. 细晶强化，这相当于让铜合金的组织结构变得更加精细啦！就像给它来了一场精致的“改造手术”。

例如铍青铜，细晶强化后，它的性能提升得可不是一点半点，多了不起呀！5. 弥散强化，嘿，这可不得了！在铜合金里分布着一些微小的强化颗粒，就如同洒下了一片片“神奇的魔法粉末”。

铜镍合金利用弥散强化，强度和硬度都大大增加了呢，好牛啊！6. 复相强化，咦，这就像是给铜合金创造了一个丰富多样的“小世界”！不同的相相互配合，让合金更强大。

磷青铜通过复相强化，展现出了超棒的特性，是不是很有意思？7. 加工硬化，哇哦，这简直是让铜合金越“磨练”越厉害呀！经过加工，它越来越硬。

想想那些用加工硬化后的铜合金制成的东西，是多么坚固耐用呀，太赞啦！8. 马氏体强化，嘿呀，这如同给铜合金施加了一道神秘的“咒语”！让它瞬间变强。

比如说硅青铜，运用了马氏体强化，性能那叫一个牛，真让人折服！我觉得这些不同的强化方法都各有千秋，它们让铜合金在各种领域都能大显身手，为我们的生活带来了诸多便利和可能。

真是太神奇啦！。

高温合金的固溶强化

高温合金的固溶强化镍基、铁基和钴基高温合金中加入适量的合金元素，其原子统计均匀分布在奥氏体基体中，形成内应力场，同时，当奥氏体基体中出项溶质原子非均匀分布或存在短程有序，都构成位错运动的障碍，因此，位错运动的阻力比纯金属大，这就是固溶强化。

1.1固溶强化机理固溶强化机理可以通过位错克服长、短程内应力场、原子偏聚区和短程有序区等障碍而滑移所需的流变应力来说明。

1.1.1克服晶格畸变引起的长程内应力场所需的流变应力高温合金基体γ奥氏体，能够溶解大量合金元素。

例如，Ni基奥氏体，由于其3d电子层几乎被填满，因而能够溶解大量的Fe、Co、Mo、W、V、Ti、和Al等合金元素，这些元素的原子在基体中任意分布，其原子直径比Ni大，相差1%~13%。

因而，使Ni的晶格膨胀，使γ固溶体晶格常数增大。

晶格畸变形成长程内应力场，从而阻碍位错运动。

按照Mott和Nabarro理论，对于稀薄固溶体，位错克服长程内应力场而滑移所需的应力为：τ=Gε C （1-1）式中G为剪切模量，C为固溶原子溶度，ε为晶格失配度，由基体与溶质原子晶格常数之差来表示，即：ε=Δa/(C * a0 ) （1-2）式中a0为基体的晶格常数，从式（1-1）和（1-2）可见，固溶体的屈服强度应与晶格失配度即晶格常数的变化和溶度成正比。

然而，溶度受溶质元素在基体中溶解度限制，超过溶解度要析出第二相，使性能变坏。

从实验测得的Ni基二元合金晶格常数变化对屈服强度的影响见下图。

可见，屈服强度的增加的确与晶格常数的增加呈线性关系。

但不是晶格常数的单一函数，屈服强度的增加还与合金元素在周期表中的位置，即与合金元素的电子空穴数Nv有关。

电子空穴数Nv大者，屈服强度的增加要大。

例如在同一晶格常数变化下，Ti对屈服强度增加最大（Nv为6.66），CrMoW（4.66）次之，Fe（2.66）再次之，Co（0.66）最小。

这是由于加入合金元素能够降低γ基体的堆垛层错能，Nv值大者降低层错能大，屈服强度增加大，反之亦然。