工程材料强化方法综述

合集下载

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法材料强化是指通过改变材料的内部结构和外部形态,使其具有更好的性能和更广泛的应用范围的一种方法。

在材料科学领域,材料强化是一个非常重要的研究方向,通过不同的方法可以实现对材料性能的提升。

本文将介绍材料强化的主要方法,包括金属材料、陶瓷材料和高分子材料等方面。

首先,金属材料的强化方法主要包括固溶强化、析出强化和变形强化。

固溶强化是通过溶质原子溶解在基体中,形成固溶体,使晶格变得更加坚固,从而提高材料的强度和硬度。

析出强化是在固溶体中加入合金元素,通过固溶体中的析出相来增强材料的性能。

而变形强化则是通过冷加工、热加工等方式,使材料的晶粒细化,从而提高材料的强度和塑性。

其次,陶瓷材料的强化方法主要包括晶界强化、相界强化和颗粒强化。

晶界强化是通过控制晶界的结构和能量,来提高材料的韧性和强度。

相界强化是在陶瓷材料中加入第二相,通过第二相与基体之间的界面作用来增强材料的性能。

颗粒强化则是通过在陶瓷材料中加入颗粒,来阻碍裂纹扩展,提高材料的韧性和抗磨损性能。

最后,高分子材料的强化方法主要包括共混强化、填料强化和取向强化。

共混强化是将两种或多种高分子材料混合在一起,通过相互作用来提高材料的性能。

填料强化是在高分子材料中加入填料,如碳纤维、玻璃纤维等,来提高材料的强度和刚性。

取向强化则是通过拉伸、挤压等方式,使高分子链取向排列,从而提高材料的强度和韧性。

综上所述,材料强化的方法多种多样,不同的材料可以采用不同的强化方式来实现性能的提升。

在实际应用中,需要根据材料的特性和使用要求,选择合适的强化方法,从而使材料具有更好的性能和更广泛的应用前景。

希望本文所介绍的材料强化方法能对相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法材料强化是指通过改变材料的结构和性能,使其具有更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特点。

在工程领域中,材料强化是非常重要的,可以提高材料的使用性能,延长其使用寿命,同时也可以拓展材料的应用范围。

那么,材料强化的主要方法有哪些呢?接下来,我们将对材料强化的几种主要方法进行介绍。

首先,最常见的材料强化方法之一是热处理。

热处理是通过改变材料的晶体结构和组织来提高其性能。

常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和时效处理等。

通过热处理,可以调节材料的硬度、强度和韧性,提高其耐磨性和耐腐蚀性,从而实现材料的强化。

其次,固溶强化也是一种常用的方法。

固溶强化是指在合金中加入固溶元素,通过固溶元素与基体元素形成固溶体,来提高合金的性能。

固溶强化可以显著提高合金的强度和硬度,改善其耐磨性和耐腐蚀性,同时还可以提高合金的加工性能和热处理性能。

另外,变形强化也是一种常用的方法。

变形强化是通过对材料进行塑性变形,来提高其性能。

常见的变形强化方法包括冷变形、热变形和等温变形等。

通过变形强化,可以细化材料的晶粒,提高其强度和硬度,改善其塑性和韧性,从而实现材料的强化。

此外,表面强化也是一种重要的方法。

表面强化是通过在材料表面形成一层具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性的表面层,来提高材料的使用性能。

常见的表面强化方法包括表面喷丸强化、表面渗碳强化、表面涂层强化等。

通过表面强化,可以显著提高材料的表面硬度和耐磨性,延长其使用寿命。

综上所述,材料强化的主要方法包括热处理、固溶强化、变形强化和表面强化等。

这些方法可以有效提高材料的性能,实现材料的强化,从而满足不同工程领域对材料性能的要求。

在实际应用中,可以根据具体的材料和工程要求选择合适的强化方法,以实现材料的优化和提升。

简述材料的主要强化方法和工艺实现的途径

简述材料的主要强化方法和工艺实现的途径

简述材料的主要强化方法和工艺实现的途径随着科学技术的发展,材料的性能也在不断进化,从最开始的原始状态发展到现在的高性能材料。

这里的强化是指对材料进行改性,使其具有更高的强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐久性等特性,以满足应用要求。

强化材料可以广泛应用于汽车制造、家具制造、工程机械制造等多个领域,也可以用于生产飞机、舰船、机器人等先进科技装备,具有广泛的应用前景。

在材料强化方面,有多种方法可供选择,比如热处理、渗碳、表面涂层等。

其中,热处理是目前使用最广泛的方法,既可以改变材料的组织形态,也可以改善材料的抗拉强度、抗划伤、韧性和强度等特性。

渗碳是用于材料强化的一种技术,可以改变材料的组织结构,增强材料的韧性、适应性、抗磨损性和耐腐蚀性等特性。

表面涂层是采用合金涂层的方法,以改善材料的耐磨性、耐腐蚀性或抗静电性等特性。

材料的强化不仅需要科学方法,还需要合理的工艺实现。

通常来说,工艺实现的主要途径有几种:第一,热处理工艺。

热处理的主要原理是通过适当的温度和时间,改变金属材料的组织结构,从而改善材料的性能和物理力学性能。

一般情况下,热处理可以分为淬火、回火和正火三种方法,其中淬火是最常用的。

第二,表面涂层工艺。

表面涂层是在特定表面上涂覆高硬度合金涂层,使之具有更不易损坏的特性,可以改善材料的耐磨性和耐腐蚀性。

表面涂层的工艺一般是采用电解渗漏、化学和物理氧化、激光表面等方法制作。

第三,渗碳工艺。

渗碳工艺是一种特殊的热处理工艺,主要是将钢制件经过连续的加热和冷却,在用炭气充满的环境中进行处理,以达到改变金属材料组织结构的目的。

以上就是关于材料的主要强化方法和工艺实现的途径。

可以看出,材料强化需要合理的方法,同时也需要正确的实施工艺,以获得更高的性能。

此外,实现材料强化还需要充分的科学研究,以改善材料的表面状态,实现其最佳的性能和使用效果。

工程材料的强化与改性

工程材料的强化与改性

第三章工程材料的强化与改性机械工程材料是机械工业、工程技术上大量使用的材料,不仅要求有高的强度,而且要有足够的塑性和韧性。

这些性能都同材料的组织、结构有密切的关系。

因此可通过各种措施,改变其组织和结构,以及使其复合,从而达到强化与强韧化。

材料的改性处理主要指钢铁材料的改性处理,包括钢的热处理和钢的表面处理两大类。

钢经过适当的热处理可提高零件的强度、硬度及耐磨性,并可改善钢的塑性和切削加工性能;而经过合理的表面处理则可提高零件的耐蚀性及耐磨性,并可装饰和美化外观,延长其使用寿命。

3.1工程材料的强化与韧化一、材料强化的概念使金属材料强度(主要是屈服强度)增大的过程称为强化。

工程材料的强度与其内部组织、结构有着密切的关系。

通过改变化学成分,进行塑性变形以及热处理等,均可以提高材料的强度。

由于塑性变形是通过位错运动实现的,因此,材料强化机制的基本出发点是造成障碍,阻碍位错运动。

二、工程材料常见的强化方式1、固溶强化固溶强化是指由于晶格内溶入溶质原子而使材料强化的现象。

固溶强化效果越大,则塑性韧性下降越多。

因此选用固溶强化元素时一定不能只着眼强化效果的大小,而应对塑性、韧性给予充分保证。

所以,对溶质的浓度应加以控制。

2、晶界强化(也称细晶强化)晶界强化是一种极为重要的强化机制。

不但可以提高强度,而且还能改善钢的韧性,这一特点是其它强化机制所不具备的。

晶界的作用有两个方面:一方面它是位错运动的障碍,另一方面又是位错聚集的地方。

所以,晶粒越细小,则晶界面积愈大,位错运动的障碍愈多,导致强度升高。

3、第二相强化第二相强化是指利用合金中的第二相进行强化的现象。

强化效果与第二相的形态、数量及其在基体上的分布方式有关。

4、冷变形强化(加工硬化或形变强化)冷变形强化是指在塑性变形过程中,随着变形程度的增加,金属的强度、硬度增加,而塑性、韧性降低的现象。

强化的原因:一是随塑性变形量的不断增大,位错密度不断增加,并使之产生的交互作用增强,使变形抗力增加。

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法材料强化是指通过添加一些特定的元素或者进行特定的处理,来改善材料的性能和性质。

在材料科学领域,材料强化是一个非常重要的研究方向,因为它可以大大提高材料的使用价值和应用范围。

下面将介绍一些材料强化的主要方法。

首先,合金化是一种常见的材料强化方法。

通过向基础材料中添加一定比例的其他元素,可以改善材料的硬度、强度、耐磨性等性能。

例如,钢铁中添加适量的碳元素可以制成高强度的碳钢,铝合金中添加适量的锰元素可以提高其硬度和耐腐蚀性能。

合金化不仅可以改善材料的性能,还可以拓展材料的应用领域,因此在工程实践中得到了广泛的应用。

其次,热处理是另一种常用的材料强化方法。

通过加热和冷却的方式,可以改变材料的组织结构和晶粒大小,从而提高材料的强度和硬度。

常见的热处理方法包括退火、淬火、正火等。

例如,通过淬火可以使钢铁材料达到高硬度和强度,通过退火可以使合金材料获得较好的韧性和塑性。

热处理是一种非常有效的材料强化方法,可以根据不同材料的性质和要求来选择合适的热处理工艺,从而获得理想的材料性能。

另外,变形加工也是一种重要的材料强化方法。

通过塑性变形,可以使材料的晶粒细化,从而提高材料的硬度和强度。

常见的变形加工方法包括冷拔、轧制、挤压等。

例如,通过冷拔可以使金属材料的晶粒得到细化,从而提高材料的强度和耐磨性。

变形加工是一种经济、简便、有效的材料强化方法,得到了广泛的应用。

最后,表面处理也是一种常用的材料强化方法。

通过在材料表面形成一层特定的涂层或者进行表面改性处理,可以提高材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性能。

常见的表面处理方法包括镀层、喷涂、渗碳等。

例如,通过镀层可以在金属材料表面形成一层保护性的氧化膜,从而提高材料的耐腐蚀性能。

表面处理是一种有效的材料强化方法,可以根据不同材料的使用环境和要求来选择合适的表面处理工艺,提高材料的使用寿命和性能稳定性。

综上所述,材料强化是通过一系列特定的方法来改善材料的性能和性质。

工程材料的强化理论

工程材料的强化理论
第五章 工程材料的强化理论
第五章 工程材料的强化理论
5.1形变强化 5.2固溶强化 5.3 第二相强化 5.4细晶强化
5.1形变强化
单晶体塑性变形-基本方式
滑移 滑移系
k s cos cos
5.1形变强化
滑移的位错机制
孪生
多晶体的塑性变形特点
不同时性 不均匀性 协调性
塑性变形对金属组织与性能的影响
各向异性 形变强化
形成了纤维组织 变形过程中,位错密度升高, 和变形织构 导致形变胞的形成和不断细 化,对位错的滑移产生巨大 的阻碍作用
冷变形金属的回复与再结晶
冷变形金属的回复与再结晶
冷变形金属的回复与再结晶
冷变形金属的回复与再结晶
冷变形金属的回复与再结晶
冷变形金属的回复与再结晶
只有处在有利位向(取向 每个晶粒的变形量各不相 因子最大)的晶粒的滑移 多晶体的塑性变形是通过 同,而且由于晶界的强度 系才能首先开动 各晶粒的多系滑移来保证 高于晶内,使得每一个晶 相互协调性。根据理论推 粒内部的变形也是不均匀 算,每个晶粒至少需要有 的。 五个独立滑移系。
塑性变形对金属组织与性能的固溶体的时效处理而沉淀析出 并产生强化
第二相微粒是通过粉末冶金 方法加入并起强化作用
弥散强化
5.3 第二相强化
时效硬化合金的成分特点 固溶处理
当含量大于B0的 合金加热到略低 于固相线的温度, 使B组元充分溶 解后,快速冷却, 而形成亚稳定的 过饱和固溶体
影 响 因 素
溶质溶剂原 子尺寸差
溶质溶剂原子尺寸相差越 大,强化效果越显著
1 溶质原子造成球对称的点阵畸 变,其强化约为G/10 2溶质原子造成非球对称的点阵 畸变,其强化约为G的几倍。

材料强化的4种方法原理

材料强化的4种方法原理

材料强化的4种方法原理材料强化是通过各种手段提高材料力学性能的方法,常用的强化方法有四种:一、固溶强化固溶强化是在基体金属内溶解强化元素,生成固溶体的一种强化手段。

由于不同原子大小不同,溶质原子的存在會對基体金属矩阵产生扭曲应力和扰动,增加材料的抗变形能力。

常见的固溶强化系统有:铁素体中的碳原子生成碳素体、铜中的锌生成黄铜、铝中的镁生成的析出硬化铝镁合金等。

固溶强化的机理是:溶质原子置换矩阵原子后,由于原子大小差异,会对周围基体原子产生弹性变形场,使位错运动难度增加,从而提高合金的力学性能。

一般来说,溶质原子与基体原子大小相差不超过15%,溶解度不超过几个原子百分比时,固溶强化效果最好。

二、析出强化析出强化是通过在基体金属中生成细小、分散的第二相颗粒来达到强化目的。

析出相颗粒的存在能够阻碍位错运动,提高合金的强度。

析出相的大小、形态、分布状况等参数对强化效果有重要影响。

析出强化的典型合金系统有铝钢中的硝基碳窜、铝合金中的Mg2Si相等。

析出相颗粒一般维持在10-100纳米大小范围,既能提供强化效果,又不损害塑性。

过度析出会导致合金脆化。

合理控制热处理工艺是获得优良析出强化的关键。

三、纤维强化纤维强化是在基体金属中添加高强度、高模量的纤维材料,利用纤维阻挡裂纹扩展来提高力学性能。

常用的纤维有碳纤维、玻璃纤维等。

根据纤维在基体中的分散情况,可分为不连续增强和连续增强两种。

纤维强化复合材料中,载荷主要由纤维承担,基体起固定纤维、传递载荷的作用。

强化效果与纤维量、长度、取向等参数有关。

纤维与基体的界面粘结力也会显著影响材料强度。

四、粒界强化粒界强化是通过细化晶粒尺寸来提高力学性能。

根据哈尔-佩奇关系,随着晶粒尺寸的减小,合金的屈服强度会提高。

这是因为粒界能阻碍位错在晶粒内的运动,使材料变形难度增加。

常见的粒界强化方法有合金元素微合金化、热处理调质、严重塑性变形等。

新兴的奥氏体不锈钢即采用了超细晶粒结构来达到高强度。

混凝土强化方法研究

混凝土强化方法研究

混凝土强化方法研究一、引言混凝土广泛应用于建筑和基础工程中,但其强度受到多种因素的影响,包括材料质量、施工质量和周围环境等。

因此,为了提高混凝土结构的强度和耐久性,需要采取一些强化方法。

本文将介绍几种常用的混凝土强化方法,包括增强混凝土的材料、增加混凝土的密度、提高混凝土的强度和增加混凝土的抗裂性能。

二、增强混凝土的材料混凝土的强度和耐久性主要取决于其成分和质量。

因此,可以通过添加一些特殊的混凝土增强材料来增强混凝土的强度和耐久性。

以下是常用的混凝土增强材料:1.纤维素:纤维素是一种天然的增强材料,可以增加混凝土的强度和耐久性。

其优点包括易于加工和成本低廉。

纤维素可以在混凝土中添加,也可以在混凝土表面覆盖一层纤维素薄膜。

2.玻璃纤维:玻璃纤维是一种高强度的增强材料,可以增加混凝土的强度和耐久性。

其优点包括重量轻、易于加工和耐腐蚀。

玻璃纤维可以在混凝土中添加,也可以在混凝土表面覆盖一层玻璃纤维薄膜。

3.碳纤维:碳纤维是一种高强度的增强材料,可以增加混凝土的强度和耐久性。

其优点包括重量轻、易于加工和耐腐蚀。

碳纤维可以在混凝土中添加,也可以在混凝土表面覆盖一层碳纤维薄膜。

4.钢筋:钢筋是一种常见的混凝土增强材料,可以增加混凝土的强度和耐久性。

其优点包括强度高、易于加工和耐腐蚀。

钢筋可以在混凝土中添加,也可以在混凝土表面覆盖一层钢筋薄膜。

三、增加混凝土的密度混凝土的密度也是影响其强度和耐久性的一个重要因素。

因此,可以采取以下方法来增加混凝土的密度:1.高密度混凝土:高密度混凝土是一种特殊的混凝土,其密度通常高于普通混凝土。

高密度混凝土的制作方法包括在混凝土中添加一些重量较大的物质,如铁粉、铅粉、磁铁矿等。

高密度混凝土的优点包括强度高、密度大和耐久性好。

2.重力墙:重力墙是一种采用重型混凝土制成的墙体结构,其主要作用是增加建筑物的稳定性和抗震性。

重力墙的优点包括强度高、密度大和耐久性好。

3.密集填充:密集填充是一种将高密度物质填充到混凝土中的方法,可以增加混凝土的密度和强度。

金属材料的四种强化方式最全总结

金属材料的四种强化方式最全总结

金属材料的四种强化方式最全总结固溶强化1.定义合金元素固溶于基体金属中造成一走程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。

2.原理溶入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变,晶格畸变增大了位错运动的阻力,使滑移难以进行,从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

这种通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。

在溶质原子浓度适当时,可提高材料的强度和硬度,而其韧性和塑性却有所下降。

3.影响因素溶质原子的原子分数越高,强化作用也越大,特别是当原子分数很低时,强化作用更为显岳溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大,强化作用也越大。

间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果,且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的,故其强化作用大于面心立方晶体的;但间隙原子的固溶度很有限,故实际强化效果也有限。

溶质原子与基体金属的价电子数目相差越大,固溶强化效果越明显,即固溶体的屈服强度随着价电子浓度的增加而提高。

4.固溶强化的程度主要取决于以下因素基体原子和溶质原子之间的尺寸差别。

尺寸差别越大,原始晶体结构受到的干扰就越大,位错滑移就越困难。

合金元素的呈。

加入的合金元素越多,强化效果越大。

如果加入过多太大或太小的原子,就会超过溶解度。

这就涉及到另一种强化机制,分散相强化。

间隙型溶质原子比置换型原子具有更大的固溶强化效果。

溶质原子与基体金属的价电子数相差越大,固溶强化作用越显薈。

5.效果屈服强度、拉伸强度和硬度都要强于纯金属;大部分情况下,延展性低于纯金属;导电性比纯金属低很多;抗蠕变,或者在高温下的强度损失,通过固溶强化可以得到改善。

加工硬化1.定义随着冷变形程度的増加,全属材料强度和硬度提高,但塑性、韧性有所下降。

2・简介全属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高,而塑性和韧性降低的现象。

又称冷作硬化。

产生原因是,全属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,全属内部产生了残余应力等。

工程材料强化方法综述(精选五篇)

工程材料强化方法综述(精选五篇)

工程材料强化方法综述(精选五篇)第一篇:工程材料强化方法综述2014-6-27 机制本科工程材料强化方法综述xxx 【摘要】本文主要包括金属固溶体强化,第二项强化,形变强化,细化晶粒强化,热处理强化以及表面热处理和化学热处理等。

【关键词】固溶体位错细化晶粒退火正火淬火回火【作者简介】李洪民机制本科班引言随着现代科技的发展,越来越多的材料被运用到日常的生活生产之中,这就使得强化和处理材料成为工程材料应用的重要问题之一,通过各类强化和处理手段,既可以提高材料的力学性能,充分发挥材料的潜力又可以获得一些特殊要求的性能,以满足各种各样使用条件下对材料的要求。

1.固溶体强化1.1固溶体定义及表示方法合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。

与固溶体晶格相同的组元为溶剂,一般在合金中含量较多;另一组元为溶质,含量较少。

固溶体用α、β、γ等符号表示。

A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B 为溶质。

例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示, 亦可表示为Cu(Zn)。

1.2.固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。

置换固溶体中溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子;间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。

1.3.固溶体强化机理固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。

晶格畸变增大位错运动的阻力,使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高合金的强度和硬度。

这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。

固溶强化是金属强化的一种重要形式。

在溶质含量适当时,可显著提高材料的强度和硬度,而塑性和韧性没有明显降低。

2.金属化合物强化(第二相强化)复相合金与单相合金相比,除基体相以外,还有第二相得存在。

当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时,将会产生显著的强化作用。

这种强化作用称为第二相强化。

第二相强化的主要原因是它们与位错间的交互作用,阻碍了位错运动,提高了合金的变形抗力。

材料强化方法

材料强化方法

材料强化方法材料强化是指通过一系列的方法和技术,使材料的性能得到提升和改善的过程。

在工程领域中,材料强化是非常重要的,它可以提高材料的强度、硬度、耐磨性等性能,从而使材料在各种工程应用中发挥更好的作用。

下面将介绍几种常见的材料强化方法。

一、热处理强化。

热处理是一种常见的材料强化方法,通过对材料进行加热和冷却,可以改变材料的晶体结构和性能。

常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。

退火可以使材料的晶粒变细,提高材料的韧性和塑性;正火可以提高材料的硬度和强度;淬火可以使材料达到最高的硬度,但同时也会降低材料的韧性;回火可以减轻淬火带来的脆性,提高材料的韧性和强度。

二、表面强化。

表面强化是指通过改变材料表面的化学成分和结构,来提高材料的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。

常见的表面强化方法包括渗碳、氮化、氧化、镀层和喷涂等。

渗碳可以在材料表面形成一层碳化物,提高表面硬度;氮化可以在材料表面形成一层氮化物,提高表面硬度和耐磨性;氧化可以在材料表面形成一层氧化物,提高表面的耐蚀性;镀层和喷涂可以在材料表面形成一层保护层,提高表面的耐磨性和耐蚀性。

三、变形强化。

变形强化是指通过对材料进行塑性变形,来提高材料的硬度和强度。

常见的变形强化方法包括冷加工、热加工和等温加工等。

冷加工可以使材料的晶粒变细,提高材料的硬度和强度;热加工可以通过热变形和再结晶来改善材料的组织和性能;等温加工可以在高温下对材料进行塑性变形,提高材料的硬度和强度。

四、合金强化。

合金强化是指通过合金元素的添加,来改善材料的组织和性能。

常见的合金强化方法包括固溶强化、析出强化和形变强化等。

固溶强化可以通过合金元素的固溶来提高材料的强度和硬度;析出强化可以通过合金元素的析出来提高材料的强度和硬度;形变强化可以通过合金元素的形变来提高材料的强度和硬度。

总结。

材料强化是提高材料性能的重要手段,热处理、表面强化、变形强化和合金强化是常见的材料强化方法。

不同的材料和工程应用需要采用不同的强化方法,以达到最佳的性能和效果。

工程材料强化方法综述

工程材料强化方法综述

工程材料强化方法综述机制本科1101 杨清波摘要:从工程材料强化本质和工业上工程材料强化的工艺两方面综合介绍了工程材料的强化方法。

详细介绍了工程材料的强化本质方法和工业生产中的材料强化工艺。

分析了在工业生产中各种强化方法的特点、效果及应用范围。

介绍了一些强化工艺中的新技术。

关键词:细化晶粒,位错,固溶体,晶格畸变,强化,硬化,金属碳化物,热处理,相变0.引语强度是材料在外力作用作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

在特定的工作环境中,某些构件需要承受较大的载荷或受到较大的冲击力等,那么这些构件需要有较高的力学性能,尤其需要有较高的强度。

如何强化材料是工业生产中的一个非常重要的问题。

强化材料方法在工业生产中有广泛应用。

对材料进行强化可以扩大材料的应用范围,增加材料种类,降低生产成本。

从材料的组织结构分析可得到多种强化原理,根据强化原理可制定多种强化工艺。

下面,我对强化方法进行了初步的系统的总结。

1.工程材料强化方法原理1.1晶界强化1)界强化作用的直接体现者——细晶强化。

金属的晶粒越细,则晶界数量越多,这样,由取向差效应和晶界原子排列不规则造成的强化效果越明显。

多晶体的晶粒变形时,要求其周围的晶粒协同运动。

多晶体滑移是多系滑移,以自身变形的同时,协调、配合相邻晶粒变形。

造成位错发生交割,增大滑移变形阻力,从而使金属表现出高强度。

2)添加或减少微量元素含量,改善晶界状态。

晶界的晶体结构不规则,原子排列混乱,晶格歪扭,又存在各种晶体缺陷(如位错、空洞等),因此晶界在高温变形时是一个薄弱环节。

在高温蠕变时,晶界形变量占总形变量的50%,因此强化晶界就成为高温合金强化的一个重要部分。

一些有害杂质元素的溶解度很小且往往偏析于晶界,生成低熔点共晶化合物。

硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015%。

因此合金中所含的硫在铁中易形成熔点为988C的Fe+FeS 低熔点共晶。

硫在镍中会形成熔点只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法

材料强化的主要方法材料强化是指通过添加其他材料或改变材料结构,以提高材料的性能和功能。

在材料科学领域,材料强化是一个非常重要的研究方向,通过对材料的强化可以大大提高材料的使用性能,延长材料的使用寿命,同时也可以拓展材料的应用范围。

本文将介绍材料强化的主要方法,包括晶粒细化、相变强化、位错强化和析出强化。

首先,晶粒细化是一种常见的材料强化方法。

通过控制材料的晶粒尺寸,可以有效地提高材料的强度和硬度。

晶粒细化的方法包括机械加工、热处理和添加微合金等。

机械加工可以通过变形加工,使材料的晶粒尺寸得到细化;热处理则可以通过控制材料的退火温度和时间,实现晶粒的再结晶和生长,从而达到晶粒细化的目的;添加微合金可以改变材料的晶粒生长行为,抑制晶粒长大,从而实现晶粒细化。

其次,相变强化是另一种常见的材料强化方法。

通过控制材料的相变结构,可以显著改善材料的性能。

相变强化的方法包括固溶强化、时效强化和沉淀强化等。

固溶强化是通过将合金元素溶解在基体中,形成固溶体,从而提高材料的强度和硬度;时效强化是在固溶处理后,通过时效处理形成沉淀相,从而提高材料的强度和耐热性能;沉淀强化是通过控制沉淀相的尺寸和分布,来提高材料的强度和塑性。

再次,位错强化是材料强化的重要方法之一。

位错是材料中的缺陷,可以有效地影响材料的力学性能。

位错强化的方法包括冷变形、固溶处理和时效处理等。

冷变形可以引入大量的位错,从而提高材料的强度和硬度;固溶处理可以通过位错与溶质原子的相互作用,改变位错的迁移和滑移行为,从而提高材料的强度和耐热性能;时效处理可以通过控制位错的运动和沉淀相的形成,来提高材料的强度和塑性。

最后,析出强化是一种常见的材料强化方法。

通过控制材料中的析出相,可以显著改善材料的性能。

析出强化的方法包括固溶处理、时效处理和沉淀硬化等。

固溶处理可以将溶质原子溶解在基体中,形成固溶体,从而提高材料的强度和硬度;时效处理可以通过析出相的形成和生长,来提高材料的强度和耐热性能;沉淀硬化是通过控制析出相的尺寸和分布,来提高材料的强度和塑性。

钢材强化机制的四种途径

钢材强化机制的四种途径

钢材强化机制的四种途径在材料科学领域中,钢材是一种广泛应用的建筑和工程材料,具有出色的机械性能和可塑性。

然而,传统的钢材在某些特殊应用中可能无法满足要求,因此需要对其进行强化。

钢材的强化机制可以通过多种途径实现,以下将介绍其中的四种常见方法。

1. 固溶强化固溶强化是通过向钢材中加入合金元素,使其溶解在钢体中形成固溶体,从而提高钢材的抗拉强度和硬度。

常用的合金元素包括铜、镍、铬等。

这些合金元素的加入可以改变钢铁晶格结构,增加晶格缺陷,并形成固溶体的固溶体,从而提高钢材的强度和硬度。

固溶强化还可以通过淬火和调质等热处理工艺来实现。

2. 细晶强化细晶强化是通过控制钢材的晶粒尺寸来增强其强度和硬度。

钢材的晶粒尺寸越小,晶界的数量就越多,晶界对位错的移动和滑移起到阻碍作用,从而增加钢材的抗拉强度。

细晶强化可以通过加工变形、快速冷却和退火等热处理工艺来实现。

3. 相变强化相变强化是利用钢材在相变过程中产生的显微组织变化来增强其强度。

钢材的相变包括固溶体相变和亚稳相变两种。

固溶体相变是指由于加热或冷却而引起的合金元素在钢中的溶解和析出。

亚稳相变是指钢材在加工过程中发生的组织相变,如奥氏体向马氏体相变等。

相变强化可以通过控制相变温度、相变速率和相变方式等来实现。

4. 沉淀强化沉淀强化是通过在钢材中形成微小的沉淀相来增强其强度和硬度。

沉淀相是指在固溶体中形成的新的化合物或固溶体。

沉淀相的形成可以通过合金元素在固溶体中的过饱和度和固溶体中的位错密度来控制。

沉淀强化可以通过适当的退火处理和合金元素的选择来实现。

钢材的强化可以通过固溶强化、细晶强化、相变强化和沉淀强化等四种途径来实现。

选择合适的强化方法可以根据钢材的具体应用要求和制备工艺来确定。

通过合理的强化措施,可以提高钢材的强度、硬度和耐磨性,满足不同领域对材料性能的需求。

在未来的发展中,还可以进一步探索新的强化机制和方法,以推动钢材的性能和应用范围的不断提升。

1. 强化方法的综述钢材作为一种重要的结构材料,其性能的强化是实现优化设计和提高工程安全性的关键。

工程材料的强韧化

工程材料的强韧化
强度和弹性模量,还可起功能复合作用。 3)共混改性 两种以上聚合物形成均匀混合物。 机械共混法 如橡胶增韧聚氯乙烯塑料 新型聚合物共混体系 如丁二稀-聚苯乙烯IPN
聚合物材料的强韧化.2
4)化学改性 用化学反应改变已有聚合物的化学组成与
结构,或两种以上单体共聚合成聚合物。 形成共聚物合金 如ABS工程塑料(丙稀腈-丁二稀-苯乙
3)控轧与控冷 控轧 在轧制过程中通过对金属加热制度、
变形制度和温度制度的合理控制,使热 变形加工与与固态相变结合,以获得细 小的晶粒组织。 控冷 控制轧后钢材的冷却速度达到改善 钢材组织和性能的目的。
金属材料的强韧化.2
4)形变热处理 使金属材料同时经受变形和热处理相变,
使晶粒细化、位错增加、碳化物弥散分 布、晶格畸变,强度提高,塑性和韧度 不降低。 5)马氏体强韧化 高碳,淬火+回火 低碳,板条状M,具有较高的强度和韧性。
1)减少位错,单晶体 材料——晶须;
2)增加位错,阻止位 错运动。
理论值
金属晶须
加工硬化态 (1011~1012cm/cm3) 退火态 (105~108cm/cm3)
材料强化方式如下:
位错密度ρ
图1-15 金属强度与位错密度的关系
二、工程材料常见的强化方式
1、固溶强化 溶质原子引起溶剂晶格畸变,畸变的应力
2、聚合物材料的强韧化和热处理
聚合物材料缺点耐高温性差、低强度、低 模量、热膨胀系数高、易吸水、易蠕变、 易老化等。
1)填充改性 加入石墨和MOS2等填料,耐磨性↑; 加入各种纤维填充,使聚合物材料质量轻、
高强、高模量、耐高温、耐腐蚀等。
聚合物材料的强韧化.1
2)增强改性 加入纤维增强材料或离子增强材料,即可增强其

材料强化的主要方法及原理

材料强化的主要方法及原理

材料强化的主要方法及原理
材料强化的主要方法包括以下几种:
1. 冷加工强化:通过冷加工方式,如冷轧、冷拔等,改变材料的晶粒结构,增强材料的强度和硬度。

原理是通过改变晶粒的形态和排列方式,使材料的位错密度增加,从而提高材料的本构行为。

2. 固溶强化:将一个或多个溶质原子溶解到固溶体中,使固溶体的晶格产生畸变,从而增加材料的抗变形能力。

原理是溶质原子破坏固溶体晶格的完整性,增加位错的形成难度。

3. 相变强化:通过相变反应改变材料的组织结构和性能。

例如固相变形成亚稳相,亚稳相具有较高的硬度和强度。

原理是相变过程中晶界和位错的动力学效应导致材料性能的变化。

4. 织构强化:通过控制材料的晶粒取向和排列,使材料获得相对较高的强度和塑性。

原理是材料的晶体取向决定了其各向异性和织构,织构的优化可提高材料的性能。

5. 粒度强化:通过控制材料的晶粒尺寸,增加晶界的数量和分布,从而提高材料的抗变形能力。

原理是晶界的能量和阻碍位错运动的效应导致材料的强化。

以上方法主要通过改变材料的微观结构和组织来实现材料的强化,从而提高其强度、硬度和耐磨性等性能。

不同的强化方法适用于不同的材料和应用场景,综合运用这些方法可以获得优化的材料性能。

材料强化的主要方法及原理

材料强化的主要方法及原理

材料强化的主要方法及原理
材料强化是指通过改变材料的微观结构和化学成分,使其在力学性能、物理性能、化学性能等方面得到提高。

以下是材料强化的主要方法及其原理:
1. 结晶强化:通过控制材料的结晶行为,使晶体排列更加有序,晶界更加清晰,从而提高材料的强度和硬度。

原理是通过晶格的距离和位错的形成,阻碍位错的移动,使材料更加耐用。

2. 勉强性:向基体中引入大小不同的相,使它们在外力作用下发生位移,从而减缓裂纹的扩展速度,提高材料的韧性。

原理是通过位移的能量吸收和裂纹扩展路径的复杂性,增加材料的弹性变形能力。

3. 相界强化:利用多个相之间的相互作用,使材料在力学性能和物理性能方面获得提高。

例如,在合金中添加合适的合金元素,形成强化相,阻碍位错和裂纹的传播,提高强度和韧性。

原理是通过相间的相互作用,引发位错的弯曲和退行,从而增加材料的抗剪强度和抗拉强度。

4. 织构强化:通过改变材料的晶体取向和结构排列,使材料在力学性能和物理性能方面得到提高。

例如,通过冷轧、拉伸等工艺,使晶体产生优势取向,从而提高材料的塑形能力和强度,减少材料的晶界移动。

原理是通过晶体取向的改变,增加材料的晶体间的结合力和内聚力,提高材料的抗拉强度和硬度。

5. 化学强化:通过调整材料的化学成分,改变材料的组织结构
和物理性能,使其达到所需的强化效果。

例如,在硅酸盐陶瓷中添加改性剂,形成稳定的成分和结构,提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。

原理是通过化学反应和元素的配比,改变材料的成分和结构,增加材料的力学和化学稳定性。

材料科学基础重点总结 5材料的强化途径

材料科学基础重点总结 5材料的强化途径

材料的强化强韧化意义希望材料既有足够的强度,又有较好的韧性,通常的材料二者不可兼得。

提高材料的强度和韧性,节约材料,降低成本,增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命提高金属材料强度途径强度是指材料抵抗变形和断裂的能力,提高强度可通过以下两种途径: 1 完全消除内部的缺陷,使它的强度接近于理论强度2 大量增加材料内部的缺陷,提高强度增加材料内部缺陷,提高强度,即在金属中引入大量缺陷,以阻碍位错的运动四种强化方式:固溶强化细晶强化形变强化(加工硬化)第二相粒子强化实际上,金属材料的强化常常是多种强化方式共同作用的结果。

材料强度 缺陷数量材料强度与缺陷数量的关系固溶强化:当溶质原子溶入溶剂原子形成固溶体时,使材料强度硬度提高,塑性韧性下降的现象。

强化本质:利用点缺陷(间隙原子和置换原子)对位错运动的阻力使金属基体获得强化强化机理:1溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变,对在滑移面上的运动的位错有阻碍作用;2位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。

影响因素不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大差别,影响因素主要有:1 溶质原子的原子数分数越高,强化作用也越大。

2溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大,强化作用也越大。

3间隙溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。

4溶质原子与基体金属的价电子数相差越大,固溶强化作用越显著。

固溶强化效果与溶质原子的质量分数成正比关系。

大多数溶质原子在室温的溶解度比较小,为了提高固溶度从而提高固溶强化的效果,可以将其加热到较高温度,经过保温后快速冷却到室温,使溶质原子来不及析出而得到过饱和固溶体,这就是固溶处理。

经过固溶处理后还可以经过时效处理进一步提高其强度。

对过饱和固溶体在适当温度下进行加热保温,析出第二相,使强度硬度升高的热处理工艺称为时效。

时效硬化的本质是从过饱和固溶体中析出弥散第二相,属于第二相强化途径。

固溶和时效广泛用于有色金属的强化,如铜合金,铝合金,镁合金,钛合金等。

第五章工程材料的强化理论

第五章工程材料的强化理论

滑移的位错机制示意图
滑移的位错机制示意图
(5) 孪生 当金属晶体滑移变形难以进行时,其塑性变形还可能 以生成孪晶的方式进行,称为孪生。例如滑移系较少 的密排六方晶格金属易以孪生方式进行变形。
钛合金六方相中的形变孪晶
2. 多晶体塑性变形特点
多晶体的特点:存在晶界,各晶粒位向不同。 多晶体塑性变形特点: (1) 塑变不同时性; (2) 塑变不均匀性;(3) 塑变协调性 (1) 塑变不同时性 多晶体由位向不同的许多小晶 粒组成,在外加应力作用下, 只有处在有利位向(取向因子 最大的软位向)的晶粒的滑移 系才能首先开动,周围取向不 利的晶粒中的滑移系上的分切 应力还未达到临界值,这些晶 粒仍处在弹性变形状态。
2.塑性变形对金属力学性能的影响
(1) 呈现明显的各向异性 主要是由于形成了纤维组织和变形织构。
制耳:织构会造成深冲 压成形的板材沿各方向 变形不均匀性,使工件 的边缘出现高低不平的 现象。
(a)无制耳
(b)有制耳
各向异性导致的“制耳”
(2) 产生形变强化 主要原因: 位错密度升高 形变胞的形成和不断细化 阻碍 位错滑移 金属的变形抗力升高 强度、硬度 升高,塑性、韧性下降。
多晶体塑性变形不同时性示意图
(2)塑变协调性 由于多晶体的每个晶粒都处于其它晶粒的包围之中,因此, 它的变形必须要与其邻近晶粒的变形相互协调,否则就不能保 持晶粒之间的连续性而导致材料的断裂。这就要求相邻晶粒中 取向不利的滑移系也参与变形。多晶体的塑性变形是通过各晶 粒的多系滑移来保证相互协调性。根据理论推算,每个晶粒至 少需要有五个独立滑移系。因此,滑移系较多的面心立方和体 心立方金属表现出良好的塑性,而密排六方金属的滑移系少, 晶粒之间的变形协调性很差,故塑性变形能力低。 (3)塑变不均匀性 由多晶体中各个晶粒之间变形的不同时性可知,每个晶粒 的变形量各不相同,而且由于晶界的强度高于晶内,使得每一 个晶粒内部的变形也是不均匀的。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

工程材料强化方法综述机制本科1101 杨清波摘要:从工程材料强化本质和工业上工程材料强化的工艺两方面综合介绍了工程材料的强化方法。

详细介绍了工程材料的强化本质方法和工业生产中的材料强化工艺。

分析了在工业生产中各种强化方法的特点、效果及应用范围。

介绍了一些强化工艺中的新技术。

关键词:细化晶粒,位错,固溶体,晶格畸变,强化,硬化,金属碳化物,热处理,相变0.引语强度是材料在外力作用作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

在特定的工作环境中,某些构件需要承受较大的载荷或受到较大的冲击力等,那么这些构件需要有较高的力学性能,尤其需要有较高的强度。

如何强化材料是工业生产中的一个非常重要的问题。

强化材料方法在工业生产中有广泛应用。

对材料进行强化可以扩大材料的应用范围,增加材料种类,降低生产成本。

从材料的组织结构分析可得到多种强化原理,根据强化原理可制定多种强化工艺。

下面,我对强化方法进行了初步的系统的总结。

1.工程材料强化方法原理1.1晶界强化1)界强化作用的直接体现者——细晶强化。

金属的晶粒越细,则晶界数量越多,这样,由取向差效应和晶界原子排列不规则造成的强化效果越明显。

多晶体的晶粒变形时,要求其周围的晶粒协同运动。

多晶体滑移是多系滑移,以自身变形的同时,协调、配合相邻晶粒变形。

造成位错发生交割,增大滑移变形阻力,从而使金属表现出高强度。

2)添加或减少微量元素含量,改善晶界状态。

晶界的晶体结构不规则,原子排列混乱,晶格歪扭,又存在各种晶体缺陷(如位错、空洞等),因此晶界在高温变形时是一个薄弱环节。

在高温蠕变时,晶界形变量占总形变量的50%,因此强化晶界就成为高温合金强化的一个重要部分。

一些有害杂质元素的溶解度很小且往往偏析于晶界,生成低熔点共晶化合物。

硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015%。

因此合金中所含的硫在铁中易形成熔点为988C的Fe+FeS 低熔点共晶。

硫在镍中会形成熔点只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。

这些低熔点共晶在晶界的形成会大大恶化合金的热加工性能和高温热强性。

通常高温合金中的硫含量控制在0.015%以下,优质高温合金控制在0.005%~0.007%以下。

1.2固溶强化固溶体的晶体结构和溶剂的相同,但因溶质原子的溶入引起晶格常数改变,形成点缺陷并导致晶格畸变,使位错移动阻力增加,合金的强度、硬度、电阻增高,塑性、耐腐蚀性降低。

这种通过加入溶质元素形成固溶体,使合金强度、硬度提高的方法称为固溶强化。

适当控制溶质元素的量,可以在显著提高合金强度的同时,又保持较高的塑性、韧性。

因此,对综合力学性能要求高的零件材料,大都采用以固溶强化为基体的合金。

1.3分散强化由弥散分布于基体中的细小第二相质点引起的强化称为分散强化。

分散强化分为时效强化(也称沉淀强化)和弥散强化(又称第二相强化)。

1)弥散强化(又称第二相强化)合金渗碳体、合金碳化物和特殊碳化物都比渗碳体具有更高的稳定性、硬度和耐磨性,当他们分布在基体上时,可引起更为明显的第二项强化作用。

2)时效强化(也称沉淀强化)如果合金经重新低温加热或长时间放置,而从过饱和基体中沉淀析出细小第二相粒子(特殊碳化物或其他金属化合物),使材料得到很大强化,这就是时效强化(也称沉淀强化)。

W 、Mo 、Ti 、V 、Nb 等元素与与碳的结合能力很强,可形成细小的特殊碳化物,如TiC 、WC 、VC 等,它们的弥散效果很强,常作为高硬度、高耐热、高耐磨性钢的强化相。

时效强化由于强化效果显著,且在生产上易控制,在工业上得到了广泛的应用。

1.4增减材料内部位错造成强化当位错数量较少时,位错存在会使晶体塑性变形容易进行,但当晶体中位错数量过多时,又会因位错间交互作用而位错的运动变得困难,晶体的变形阻力增大,强度增高,如右图所示。

依据这个原理可知,降低和提高位错密度两种方式都可以强化金属。

1)位错强化。

由于位错密度增大或位错之间交互作用而使强度提高的强化机制叫做位错强化。

2)晶须强化。

有图可知,如果,材料中不含位错或位错密度极小,则材料的屈服强度将大幅度提高。

金属晶须就是在这一思路下指导研制成功的一种高强度材料。

(将须晶加入材料中,达到强化的目的,其过程……) 1.5有序强化晶体自发采取的状态一定是低能量状态。

有序固溶体中,原子自发采取的有序排列状态也是一种低能状态,而塑性变形会使原子有序排列的状态遭到破坏。

有序状态的破坏将引起晶体的能量升高。

欲实现这个过程(即晶体能量升高)。

就要额外增加外力,故原子有序排列会造成晶体强化。

相比较而言,有序强化的强化效果一般较弱,属于一种弱强化。

1.6非晶态金属强化非晶态金属是指金属在固态下具有液态金属原子排列方式,即短程有序结构的金属或合金。

其制造方法是通过超高速冷却,将液态金属快速冷却到室温,由于冷却极快,其结晶过程被抑制,从而将液态金属原子排列方式冻结下来,得到处于非晶态或玻璃态的金属。

实践表明,许多晶体成分的合金,在冷却速度大于1000000°c/s 时都可以制成非晶态金属。

由于它具有很高的强度、一定的韧性及良好的耐腐蚀性和磁学性能,引起了人们极大地兴趣与重视。

一般认为,非晶态金属的力学性能与其特殊的短程有序原子排列有关。

2.工程材料强化工艺2.1金属材料热处理强化金属材料中钢铁材料是机械工程上最重要的结构材料,下面主要介绍钢的热处理。

2.1.1钢的热处理强化原理位错密度与强度的关系钢的热处理包括三个阶段,加热、保温和冷却。

在每一个阶段都可以采取相应的方法,控制钢的组织转变,达到最终强化的目的。

1)加热及保温阶段。

钢材的加热及保温过程就是奥氏体化过程。

控制奥氏体晶粒的大小就是强化的要点。

众所周知,晶粒细化可提高金属的强度。

奥氏体化温度越高,保温时间越长,奥氏体晶粒长大越明显;钢中奥氏体含碳量的增加,奥氏体晶粒长大的倾向也增大。

但当Wc>1.2%时,奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大。

钢中加入能生成稳定碳化物的元素和能生成氧化物及氮化物的元素都会阻止奥氏体晶粒长大。

所以可采取以下措施控制晶粒大小:严格控制加热及保温时间;合理选择钢的原始组织及选择含有一定量合金元素的钢材等。

2)热处理的冷却阶Array段。

如右图,为共析钢的奥氏体等温冷却转变曲线---C曲线。

不同的冷却方式可产生不同的组织结构,进而得到不同的性能。

当最终得到畸变的晶格或细小的晶粒,或位错组织便得到了强化效果。

以马氏体型转变为例。

此转变温度发生在ms-mf之间。

由于冷却速度很快,固溶在奥氏体中的碳全部保留在α-Fe共析钢的奥氏体等温冷却转变曲线---C曲线。

晶格中,形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体即马氏体。

由于过饱和的碳原子被强制固溶在晶格中,致使晶格严重畸变。

奥氏体含碳量不同,马氏体形态不同。

含碳量较低的钢淬火时几乎全部得到板条状马氏体组织,而含碳量高的钢得到片状马氏体组织,含碳量介于中间的钢则是两种马氏体的混合组织马氏体。

含碳量越高,则晶格畸变越严重,硬度越高。

但体积增长越多,这将引起淬火工件产生相变内应力,容易导致工件变形和开裂。

工业生产中经常采用回火工艺消除内应力,提高综合力学性能。

组织转变过程实质也就是发生固溶强化、细晶强化、位错强化的综合过程。

这就是所谓的马氏体强化(相变强化)。

3)不同类型转变的对比可以看出:等温转变时控制不同过冷度可产生不同的组织结构,但最终结果大多会使材料组织产生不同程度的细化,位错,或固溶强化,从而使材料性能产生不同程度的强化。

2.1.2生产中金属的强化的整体热处理工艺钢的整体热处理工艺主要有退火、正火、淬火和回火。

一般,工业生产中强化处理的工艺会用淬火,以达到马氏体强化,它是钢材的最有效且较经济的强化手段,淬火后通过适当回火转变可调节零件综合性能。

但是正火工艺也会使金属产生相对的强化效果,这取决于进行热处理材料对象的种类和初始结构及最终用途。

例如对力学性能要求不高的零件、结构可用正火工艺提高强度和硬度。

2.2金属合金化改性强化以钢为例。

1)合金元素溶入钢中的铁素体、奥氏体和马氏体中,合金元素起到固溶强化的作用。

2)合金渗碳体、合金化合物和特殊碳化物都比渗碳体具有较高的稳定性、硬度和耐磨性,当他们分布在固溶体基体上时,可起到更为明显的第二相强化作用。

如果合金经重新低温加热或长时间放置,会产生时效强化。

3)提高钢的热稳定性,增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性。

溶入马氏体的合金元素大多阻碍马氏体的分解,使合金碳化物也不易聚集长大,从而可提高钢的抗回火软化能力,使钢在高温下仍能保持较高的强度、硬度和耐磨性。

4)使材料产生回火硬化效应。

W、Mo、V等强碳化物形成元素在500~600℃回火时,会形成细小弥散的特殊碳化物,使钢回火后硬度有所升高;淬火后残余的奥氏体在回火冷却过程中部分转变为马氏体,使钢回火后硬度显著提高。

这两种现象都称为“二次硬化”。

钢的热稳定性和二次回火性使合金钢在较高温度(500~600℃)仍保持高硬度(≥60HRC),这种性能称为热硬性。

热硬性对高速切削刀具及热变形模具等非常重要。

5)溶入奥氏体,提高钢的淬透性。

除Co外,大多数合金元素(如Cr、Ni、Mn、Si、Mo、B等)溶于奥氏体后都使钢的过冷奥氏体的稳定性提高,从而使钢的淬透性提高。

有利于大截面零件的淬透;可采用较缓和的冷却介质淬火,有利于降低淬火应力,减少变形、开裂。

在淬火提高材料硬度过程中,起到很大作用。

6)细化晶粒,产生细晶强化。

合金元素形成的各种碳化物、氮化物等金属化合物,其稳定性都比渗碳体高,加热时不易溶解,未溶的金属化合物会强烈阻碍奥氏体晶粒的长大,从而获得细小的奥氏体晶粒,从而可产生细晶强化。

2.3金属形变强化1)冷塑性变形金属在塑性变形过程中,随着变形程度的增加,强度、硬度上升塑性、韧性下降,这种现象称加工硬化。

金属变形过程主要是通过位错沿一定的晶界面滑移实现的。

在滑移过程中,位错密度大大增加,位错间又会相互干扰相互缠结,造成位错运动阻力增加,同时亚晶界增多,从而出现加工硬化。

塑性变形时在晶格中造成晶格畸变而引起微观残余应力,此为形变金属中的主要内应力,也是使金属强化的主要原因;在金属中各个晶粒间的不均匀变形也会产生应力;工件各部位由于变形程度不同会产生宏观残余应力。

在生产中有时需要采取措施消除这些残余应力,如进行去应力退火。

2)热变形热变形时铸态金属毛坯中的枝晶及各种夹杂物都会沿变形方向延伸与分布,排列成纤维状。

当垂直于纤维方向施加力时,材料会表现出较高的强度。

这也是一种强化材料的方法。

2.4液态金属结晶时的细晶强化方法晶粒度的大小结晶的形核率N和长大速度G有关。

形核率越大,在单位体积中形成的晶核越数越多,每个晶粒长大时的空间越小,结晶结束后获得的晶粒也就越细小。

同时,如果晶体的长大速度越小,则在晶体长大过程中可能形成的晶粒数目就越多,因而晶粒也越小。

相关文档
最新文档