金属材料塑性变形与强韧化机制探索：层错能效应
金属塑性成型原理部分课后习题答案俞汉清主编
第一章1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。
Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
可分为一次成型和二次加工。
一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。
分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。
②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。
分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。
③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。
生产棒材、管材和线材。
二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。
精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。
②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。
分开式模锻和闭式模锻。
2）板料成型一般称为冲压。
分为分离工序和成形工序。
分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
金属材料强韧化机理及超高强钢开发
一、概述金属材料一直以来都是工程领域中广泛应用的材料之一，其强韧性一直是研究的热点之一。
随着科学技术的不断发展，人们对金属材料强韧化机理及超高强钢的研究也越发深入。
本文将从金属材料强韧化的概念和机理入手，探讨目前超高强钢的开发及应用情况，并对未来的发展方向进行展望。
二、金属材料强韧化的概念及机理1. 强韧化的概念强韧化是指在不同的外力作用下，材料能够保持其在应力下的强度和韧性。
强韧化材料具有抗拉伸、抗弯曲和抗扭转等性能较强的特点。
强韧化的目的是提高材料的使用安全系数，延长材料的使用寿命。
2. 强韧化的机理强韧化的机理包括晶界强化、位错强化和析出强化等。
晶界强化是指通过控制晶界的特性来增强材料的强韧性；位错强化是通过引入位错来增强材料的韧性；析出强化是指通过固溶体中析出出特定的固溶体来增强材料的性能。
三、超高强钢的开发及应用1. 超高强钢的研究历程超高强钢的研究始于二十世纪六十年代，经过多年的发展，目前已经取得了一系列重要的突破。
超高强钢具有高强度、高韧性和良好的冷成型性能，广泛应用于汽车、桥梁和建筑等领域。
2. 超高强钢的应用情况目前，超高强钢在汽车轻量化领域的应用较为广泛，能够显著提高汽车的安全性能和燃油利用率。
超高强钢还被应用于船舶制造、航空航天和军工等领域，取得了良好的效果。
四、未来发展方向展望1. 现代材料加工技术的发展随着现代材料加工技术的不断进步，越来越多的新型金属材料被开发出来。
未来，随着3D打印、激光焊接等新技术的应用，超高强钢的研究和生产将更加多样化和精细化。
2. 新材料的研究与应用未来，人们将更加注重绿色环保型材料的研究与开发，以满足社会可持续发展的需求。
对于高温、高压等复杂工况下的材料需求也将逐渐增加，超高强钢在这些领域的研究与应用将会成为重点。
3. 国际合作与交流未来，随着国际合作与交流的深入，超高强钢的研究与应用将会更加国际化。
通过与国际先进技术的合作，可以更好地借鉴和吸收先进的技术和经验，推动超高强钢的发展。
金属材料学第四、五章 合金元素对工艺性能的影响
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
一、 钢的强化机制
➢ 屈服强度是金属材料的重要性能指标，钢的强化机制就 是提高其屈服强度。
➢ 屈服强度就是使塑性变形开始时，滑移系上的临界切应 力，也就是使位错开动，增殖并在金属中传播所需要的 应力。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
二、低碳马氏体具有较高韧性的原因（与中碳马氏体相比）
• ①、板条马氏体的亚结构为位错，且分布均匀，不 含或少含孪晶亚结构，而中碳马氏体的亚结构为孪 晶，其可用的形变系统少；
• ②、板条马氏体是平行生长的，造成显微裂纹的机 会少，孪晶马氏体为非平行生长而相互冲突，易造 成显微裂纹；
Ci－－第i种固溶原子的固溶量 （不是钢中的含量）（重量百分 浓度）；
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
2、固溶强化的韧化效果
• 固溶强化对塑性、韧 性的影响较大。
• 一般而言：合金元素 含量越多，强化效果 越大，其损害韧性亦 越严重。
• 但是唯一例外的元素 是Ni：在所有浓度的 情况下，均增加钢的 韧性。
注意：细晶强化是利用材料晶界强度高于晶内 强度的原理来实现材料的强化。一旦材料的晶界 强度低于晶内强化，细晶将不是强化材料的方法， 反而是弱化材料的途径。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
细化晶粒对韧性的影响
细化晶粒同时也可增加钢的 韧性
晶粒越细，造成裂纹所需 的应力集中越难，裂纹扩 展所消耗的能量越高，而 且晶界越多，阻碍位错运 动的作用越大，韧性越高。 可用韧脆转化温度Tc衡量。 Tc越低，韧性越好。
材料的塑性变形
22:10
11
滑移带和滑移线只是晶格滑移结果的表象； 重新抛光后可去除。
光镜下：滑移带。 电境下：滑移线。
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问题二：
产生滑移的条件?
滑移面 ：??? 滑移方向：????
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产生滑移的条件：
2.1材料的塑性变形机理
面间距大； 滑移矢量（柏氏矢量）小；
＋ ＋ ＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋
22:10
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塑性变形的另一种方式
孪生
2.1材料的塑性变形机理
在切应力作用下，晶体一部分相对于另一部分沿一定
的晶面和晶向发生均匀切变，形成晶体取向的
镜面对称关系。双胞胎!
孪晶的形成 （动画）
孪生动画\孪 生变形.swf 变形
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52
1. 孪生晶体学 晶体的孪晶面和孪生方向与晶体结构类型有关。
滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面{111}， 滑移方向<110>； 滑移系
4×3=12个
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Cu,Al,Ni,Au，γ-Fe等 塑性变形能力如何？
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α-Fe,W,Mo等
塑性变形能力如何？
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次滑移系：
Mg,Zn,Ti,Zr等
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塑变能力？ 20
44
☺ 滑移的表面痕迹 : ☺ 单滑移：单一方向的滑移带； ☺ 交滑移：波纹状的滑移带。 ☺ 多滑移：相互交叉的滑移带；
2.1材料的塑性变形机理
奥氏体钢交叉滑移带
问题二：
产生滑移的条件? 结构上
滑移面 ：??? 滑移方向：????
材料科学基础材料韧化基本原理
材料的强韧化
三、无机非金属材料的韧化机理
(1) 相变增韧 ZrO2陶瓷中四方相的ZrO2向单斜相的ZrO2转变，伴 随有体积膨胀。当有较大外应力作用时，基体的约束 作用减弱，促进相变，会引发微裂纹，从而消除应力 集中，吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。
一、金属材料的韧化原理
材料的韧性是强度和塑性的综合体现
改善材料的韧性的基本途径
1 减少诱发微裂纹的组成相 2 提高基体的塑性 3 增加组织的塑性形变均匀性（减少应力集中） 4 避免晶界弱化，防止裂纹沿晶界的形核和扩展
材料的强韧化
5 强化同时的增韧
(1)位错强化与塑性和韧性 位错密度升高会提高强度而降低塑性和韧性。可 动的未被锁住的位错对韧性的损害小于被沉淀物 或固溶原子锁住的位错。故提高可动位错密度对 塑性和韧性均有利。
(4)沉淀相颗粒与塑性
沉淀颗粒会通过弥散强化提高基体的强度和硬度， 但可能会明显降低塑性和韧性。尤其，条带状、片 状析出物，以及沿晶界网状析出的沉淀相，均显著 降低材料塑性。 减少沉淀相的析出数量，改善沉淀相的形状和分布 状态，可改善材料塑性。
材料的强韧化
二、高聚物的韧化原理
(1) 增塑剂与冲击韧性 添加增塑剂使分子间作用力减小，链段以至大分子 容易运动，使高分子材料的冲击韧性提高。
材料的强韧化
(3)亚结构为高密度位错, 位错强化作用
(4)可动位错缓解局部应力集中, 延缓裂纹产生, 塑性和韧性
(5)残余奥氏体薄膜阻挡裂纹扩展, 塑性和韧性
材料的强韧化
二、高分子材料强韧化的例子 三、陶瓷材料强韧化的例子
Al2O3-ZrO2 +Y2O3 (ZTA)陶瓷材料
机械制造基础大作业
金属材料的强韧化原理和方法摘要：本文系统地论述了金属材料的强韧化原理和方法，以便指导实际生产中的加工。
关键词：金属材料强韧化介绍：强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和断裂的能力；韧性是指金属材料在断裂前吸收的断裂变形功和断裂功的能力。
一、金属材料的强化从金属材料的强化途径来看，金属材料的强化方法主要有两大类：一是提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，并制得无缺陷的完整晶体，如晶须。
已知铁的晶须的强度接近理论值，可以认为这是因为晶须中没有位错，或者只包含少量在形变过程中不能增殖的位错。
这种强化方法只有在几种特殊的金属中才得到应用。
另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子、晶界等，这些缺陷阻碍位错运动，也会明显地提高金属强度。
事实证明，这是提高金属强度最有效的途径。
对工程材料来说，一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。
具体方法有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细化晶粒强化、择优取向强化、复相强化、纤维强化和相变强化等,这些方法往往是共存的。
下面简要的予以介绍：1、结晶强化结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。
它包括：（1）细化晶粒。
细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界，由于晶界具有阻碍滑移变形作用，因而可使金属材料得到强化。
同时也改善了韧性，这是其它强化机制不可能做到的。
（2）提纯强化。
在浇注过程中，把液态金属充分地提纯，尽量减少夹杂物，能显著提高固态金属的性能。
夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。
采用真空冶炼等方法，可以获得高纯度的金属材料。
2、形变强化也叫加工硬化，金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。
这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。
如铜合金。
3、固溶强化通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使得融入固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加的现象。
单晶镍基合金的层错能及其对蠕变机制的影响
单晶镍基合金的层错能及其对蠕变机制的影响下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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材料力学中的塑性变形机制分析
材料力学中的塑性变形机制分析塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，它关注的是当材料受到应力时，如何在不断变形的过程中保持形状和结构的稳定性。
塑性变形机制是指材料在受力下产生塑性变形的基本过程和方式。
本文将从晶体塑性、材料硬化机制和高温塑性变形机制三个方面进行分析。
一、晶体塑性晶体塑性是指当晶体受到外部应力作用时，晶体发生形变，不会出现弹性恢复的现象。
晶体内存在许多晶格缺陷，如位错、空位、脱位等，这些晶格缺陷能有效地解释塑性变形的机制。
位错是晶体中最主要的塑性缺陷，它是由晶面错配引起的晶胞偏移。
当晶体受到外部应力作用时，位错会发生移动，导致晶体发生塑性变形。
二、材料硬化机制材料硬化是指材料在塑性变形过程中逐渐增加其应力与应变之间的比值，即材料的抗塑性变形能力增强。
材料硬化机制可以分为两个方面来理解：一方面是晶体硬化机制，另一方面是材料界面硬化机制。
晶体硬化机制主要是指晶体中位错的增多和运动困难，这导致了材料的硬化。
位错的增多是由于外力作用下新位错的产生和旧位错的增殖所致，而位错的运动困难则受到晶格缺陷的阻碍。
另外，晶胞的固溶体和强化相也会影响晶体的硬化程度。
材料界面的硬化机制主要是指材料中的晶界、相界等界面对材料塑性变形的抵抗。
晶界是晶体间的界面，相界是不同组成相之间的界面。
界面的存在导致了晶体中位错的吸引和束缚，从而增加了材料的硬度。
三、高温塑性变形机制高温塑性变形机制是指材料在高温下的塑性变形过程。
在高温下，材料的原子和晶胞具有较大的运动能力，晶格缺陷易于移动。
高温下的材料塑性变形机制主要包括位错滑移和晶胞的选择性分解。
位错滑移是指位错沿着某个晶体方向移动，从而使晶格产生位错滑移的塑性变形方式。
晶胞的选择性分解是指晶体在高温下，部分晶胞沿着特定晶面发生形变，而其他晶胞保持不变。
这种选择性分解使得材料发生特殊的形变，产生高温下的塑性变形。
总结起来，材料力学中的塑性变形机制分析可从晶体塑性、材料硬化机制和高温塑性变形机制三个方面展开。
(完整版)《金属塑性成形原理》习题答案
《金属塑性成形原理》习题答案一、填空题1•衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。
2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。
3. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。
4•请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量5.对应变张量L： b ^」，请写出其八面体线变盹与八面体切应变兀的表达式。
旳土£ 厂勺『+ （勺一珀徒一％『十6（总+凡+怎）6.1864年法国工程师屈雷斯加(H.Tresca )根据库伦在土力学中研究成果, 并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果T =盂呼-益=C采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为^ 2。
7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。
8. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。
对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力不同，而各点处9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。
10. 设平面二角形单兀内部任意点的位移米用如下的线性多项式来表示:良〔工”卩)二位］+<3》工+说劉认&小令+吋+口訝，则单元内任一点外的应变可表示为11、金属塑性成形有如下特点：_____ 、________ 、_____ 、___________12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为_______ 和________ 两大类，按照成形时工件的温度还可以分为___________ 、________ 和_________ 三类。
Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展
Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展林方敏;邢梅;唐立志;武学俊;章小峰;黄贞益【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2023(37)5【摘要】汽车行业的迅速发展使得能源消耗、环境污染等问题日益严重,而开发高强度且轻量化的汽车用钢对节能减排具有重要意义。
目前正在研发的第三代先进高强钢包括轻质(Lightweight)钢、Q&P(Quenching and partitioning)钢和中锰钢(Mn质量分数为5%~10%)。
其中,Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢由于Al元素的加入,在密度降低的同时保持着良好的力学性能,满足第三代汽车用钢对轻量化的要求。
同时,由于大量Al、Mn和C元素的添加,Fe-Mn-Al-C系低密度钢的冶炼连铸、微观结构、变形机制、加工过程及应用性能与传统钢种大不相同。
本文系统阐述了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计及其中合金元素的作用,介绍了低密度钢的微观组织结构特征;重点讨论了单一铁素体钢、奥氏体基钢、奥氏体基双相钢和铁素体基双相钢的各种强韧化机制,包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化及其独特的应变硬化机制,如相变诱导塑性(TRIP)、孪晶诱导塑性(TWIP)、微带诱导塑性(MBIP)、剪切带诱导塑性(SIP)和动态滑移带细化(DSBR)等;并就层错能(SFE)对奥氏体钢变形机制产生的影响进行了总结;最后,对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的强韧化机制研究进行展望,为后续研究者的工作提供参考。
【总页数】8页(P158-165)【作者】林方敏;邢梅;唐立志;武学俊;章小峰;黄贞益【作者单位】安徽工业大学冶金工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG142.1【相关文献】1.基于热力学理论的Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能计算模型2.Fe-Mn-Al-C低密度钢强化机制与拉伸性能研究进展及Nb微合金化展望3.Fe-Mn-Al-C系低密度钢开发中数值模拟的应用4.低锰铝系Fe-Mn-Al-C低密度钢的高温热塑性研究5.Al 元素对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的影响特性综述因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
北科大考博辅导班：2019北京科技大学(工程技术研究院)材料科学与工程考博难度解析及经验分享
北科大考博辅导班：2019北京科技大学材料科学与工程考博难度解析及经验分享根据教育部学位与研究生教育发展中心最新公布的第四轮学科评估结果可知，在科教评价网版2017-2018材料科学与工程专业大学排名中，材料科学与工程专业排名第一的是清华大学，排名第二的是北京航空航天大学，排名第三的是武汉理工大学。
作为北京科技大学实施国家“211工程”和“985工程”的重点学科，工程技术研究院的材料科学与工程一级学科在历次全国学科评估中均名列第四。
下面是启道考博辅导班整理的关于北京科技大学材料科学与工程考博相关内容。
一、专业介绍材料科学与工程，在国务院学位委员会学科评议组制定和颁布的《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》中，材料科学与工程属于工学学科门类之中的其中一个一级学科，下设3个二级学科，分别是:材料物理与化学、材料学、材料加工工程。
材料科学与工程专业是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。
在现代科学技术中，材料科学是国民经济发展的三大支柱之一。
主要专业方向有金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等等。
北京科技大学工程技术研究院的材料科学与工程在博士招生方面，划分为18个研究方向080500 ★材料科学与工程研究方向：01 高性能不锈钢、硅钢组织性能控制理论与技术02 高性能金属材料强韧化机理研究与控制技术03 金属材料深加工工艺过程中的技术开发与组织调控技术04 基于材料计算与模拟的产品开发和组织性能预测05 高强汽车用钢的工艺技术开发及其微观机理研究06 高强金属板材的成形性、焊接性、延迟开裂等应用技术与缺陷研究07 有色金属材料加工及组织性能控制08 金属材料力学行为及性能表征09 金属塑性加工成形理论及数值模拟10 金属材料强韧塑化理论与方法11 材料加工新工艺、新技术与新装备12 材料加工过程的计算机模拟、仿真与控制理论13 先进金属材料设计理论及组织性能调控14 钢材及有色金属加工及组织性能控制15 金属基复合材料设计及制备方法16 材料高精度加工方法与控制理论17 组合结构材料的制备与高效加工18 材料表面质量形成与控制考试科目：①1001 外语水平考核②2001 专业水平考核③3001 综合素质考核二、考试内容北京科技大学材料科学与工程专业博士研究生招生考试的考核阶段，其中，综合考核内容为:按“硕博连读”和“申请考核制”方式报考的考生均需参加由工研院组织的考核。
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》范文
《Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钢铁材料在各种工程应用中扮演着至关重要的角色。
Cr-Mo-V-Nb调质钢作为一种重要的工程结构材料，因其高强度、良好的韧性和优异的耐腐蚀性能而得到广泛应用。
在Cr-Mo-V-Nb调质钢中，Nb元素作为微合金元素，对于组织细化和强韧化作用具有重要意义。
本文将详细探讨Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中的组织细化和强韧化作用。
二、Nb元素在钢中的作用机制Nb元素在钢中主要通过固溶强化和析出强化两种方式发挥作用。
固溶强化主要是在高温冶炼过程中，Nb元素以固溶态存在于钢的基体中，提高钢的强度和硬度。
而析出强化则是在钢的冷却过程中，Nb元素会以细小颗粒的形式从基体中析出，对晶界起到良好的强化作用。
三、组织细化作用1. Nb的细化晶粒效应：Nb元素在钢中可以有效地细化晶粒，使钢的微观组织更加均匀。
这是因为Nb元素的加入会抑制晶界的迁移，阻碍晶粒的长大，从而在轧制和淬火过程中形成更加细小的晶粒。
2. 促进形核：在钢的凝固过程中，Nb元素可以促进形核，增加形核数量，从而细化晶粒。
此外，Nb元素还可以提高钢的再结晶温度，使再结晶过程变得更加困难，进一步细化晶粒。
四、强韧化作用1. 提高强度和硬度：由于固溶强化和析出强化的作用，Nb元素的加入可以显著提高钢的强度和硬度。
这使得Cr-Mo-V-Nb调质钢在承受载荷时具有更好的抗变形能力。
2. 改善韧性：尽管Nb元素的加入提高了钢的强度和硬度，但同时也改善了钢的韧性。
这是因为细小的Nb颗粒可以有效地阻碍裂纹的扩展，提高钢的断裂韧性。
此外，Nb元素还可以改善钢的层错能，使钢在受到冲击时具有更好的能量吸收能力。
3. 抗疲劳性能：由于Nb元素的加入使钢的组织更加均匀和细小，因此Cr-Mo-V-Nb调质钢具有优异的抗疲劳性能。
这使得钢在循环载荷作用下具有更好的耐久性。
五、结论综上所述，Nb在中碳Cr-Mo-V-Nb调质钢中具有显著的组织细化和强韧化作用。
金属材料的强韧化.概要
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。
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。
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．
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。
金属材料的强韧化机理与实践
②利用奥氏体(A)的逆转变 钢件加热到A后，淬火成M，然后快速(20s)重
新加热到A状态，如此反复3~4次，晶粒可细化到13~14 级。 ③ 采用A-F两相区交替加热淬火
采用亚温淬火(F+A双相区加热)，在提高材料 强韧性的同时显著降低临界脆化温度，抑制回火脆性。 在A-F两相区交替加热，可使A/F相界面积大大增加，因 而使奥氏体形核率大大增多，晶粒也就越细化。
固溶强化
固溶强化：C原子在面心立方晶格中造成的 畸变呈球面对称，所以C在A中的间隙强化作用属于 弱硬化。置换原子在A中的强化作用比C原子更小。
固溶强化是钢铁材料主要强化手段之一，其 基本内容可归纳为两点：
①间隙式固溶强化对F基体(包括M)的强化效能最大，但对 韧性、塑性的削弱也很显著；
②置换式固溶强化对F强化作用虽然比较小，却不削弱基 体的塑性
形变热处理就是利用时效强化和冷作硬化的交互作用及强化在 一定程度上的叠加作用。常用于 Al-Cu系， Al-Li系，和Al-MgSi系等合金。
对固溶处理后的Al-Li合金在时效前进行适当冷变形，可在合金中形成密布的位错或位 错缠结，成为S‘，T1等相非均匀形核的位置，从而增大位错不能切割的沉淀相的体 积分数，减少合金的共面滑移及晶界应力集中。同时，还可使沉淀相更细小均匀的分 布增多，抑制晶界平衡相的形成
(5) 合金元素的加入使DBTT提高，但某些合金元素 如铼的加入却明显改善钼的脆性，提高塑性变 形能力，使DBTT降低。
• 钨钼的低温再结晶脆性： 在高温下使用的钨钼回到室温附近时表
现严重的脆性，加工过程及使用过程中产生 各种形式的脆性破裂。
产生原因: 本征脆性 间隙杂质在晶界上偏聚
• 钨钼的强韧化途径：
•原位合成
金属塑性变形机制-讲义
金属塑性成形理论基础（一）金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性，在外力的作用下，通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术？⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶，会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形？当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属就会产生变形。
当外力停止作用后，金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
（当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变形。
作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。
）塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关，还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的，不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性，而同一材料，在不同的变形条件下，会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力，是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。
材料微观结构第四章晶体中的位错与层错4
第四章 晶体中的位错与层错
3. 细晶强化 细化晶粒可以提高金属的强度，其原因在于晶界对位 错滑移的阻滞效应．当位错在多晶体中运动时，由于晶界 两侧晶粒的取向不同，加之这里杂质原子较多，增大了晶 界附近的滑移阻力，因而一侧晶粒中的滑移带不能直接进 入第二个晶粒．此外要满足晶界上形变的协调性，需要多 个滑移系统同时动作，这同样导致位错不易穿过晶界，而 是塞积在晶界处，引起强度的增高． 晶粒越细小，晶界越多，位错被阻滞的地方就越多，
解理断裂的两种机制
Stroh的位错塞积导致应力集中的理论
3 n b
3E 1v c
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2
如图所示，Ｌ为滑移面上位错 塞积群所占的长度；c为障碍处 与滑移面成θ角的裂纹长度．
可以估计有效滑移面上Ｌ长度 内塞积位错的数目n．对金属 ，以抗张强度32kg/mm2， 切应力约为１６kg/mm2，柏 氏矢量长度b=2*10-8cm， γ=10-7J/cm2代入，则在有 效滑移面上的位错数目为 n≈100．
晶）相结合来探讨金属断裂的位错理论．
第四章 晶体中的位错与层错
材料的强化和韧化
• 对于结构材料，最重要的性能指标是强度和韧性。 • 强度是指材料抵抗变形和断裂的能力， • 韧性是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力。 • 提高材料的强度和韧性可以节约材料，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。人们在利用材料的 力学性质时，总是希望所使用的材料既有足够的强度，又有 较好的韧性，但通常的材料往往二者不可兼得。 • 理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是
第四章 晶体中的位错与层错
控制晶粒大小有两种常见方法
层错能对高能球磨铜合金的影响
层错能对高能球磨铜合金的影响李玳;朱心昆;赵瑾【摘要】试验中以球磨的方法制备了一系列不同成份的Cu-Zn及Cu-Al合金(层错能<75MJ/m2).对Zn和Al的同溶强化效果及其降低铜合金层错能的作用进行了研究.实验结果显示,随着Zn或Al含量的升高.(试样的)显微硬度(HV)值增加,符合同溶强化的规律.在相近原子百分比的条件下比较Cu-Zn和Cu-Al合金的HV值,显示当合金中无第二相出现时,Zn的同溶强化效果优于Al;另一方面,随着Zn%及Al%(原子百分比)的增加,Cu-Zn及Cu-Al合金的层错能下降,而层错能的降低导致了强化的产生,这种情况下Zn和Al的不同强化效果可以用公式k=Gb/2π(1-v)(α-δ·FE)[1]来评价,式中K是Hall-Petch关系的斜率.评价的结果与实验数据(合金的显微硬度值)是相吻合的.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2010(039)003【总页数】6页(P47-52)【关键词】层错能;球磨;铜合金【作者】李玳;朱心昆;赵瑾【作者单位】昆明理工大学津桥学院,云南,昆明,650126;昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南,昆明,650093;昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南,昆明,650093【正文语种】中文【中图分类】TG166.2近年来超细晶粒及纳米晶粒材料是遍及世界的研究热点。
这类材料通常具有极高的强度和硬度,以及其它特殊的物理、化学性能,具有广阔的应用前景。
但这类材料距离广泛应用还存在诸多障碍,其中最主要的问题是:随着晶粒尺寸的减小,材料的强度/硬度增加 (服从霍尔—佩奇规律),但同时塑性显著降低。
多数学者认为,塑性降低的原因在于晶粒尺寸减小导致的应变硬化能力的缺失[2]。
理论上,当晶粒尺寸减小到某一临界值时,晶粒中的位错密度将降到很低,即单个晶粒中的位错数量减少到相互间无法发生交互作用的程度,于是塑性变形不能均匀进行,宏观上则表现为塑性下降。
层错能对塑性变形的影响
层错能对塑性变形的影响层错是指在金属材料的内部形成的一种极微小的裂纹网络，它通常是由于材料在加载过程中所受的应力集中在某一局部，导致这一局部的材料发生塑性变形而产生的。
层错对塑性变形的影响主要体现在以下几个方面：1.层错会使材料的塑性变形能力降低。
由于层错内部存在裂纹网络，这些裂纹会使材料的整体强度降低，因此材料在受力过程中就更容易发生塑性变形。
2.层错会使材料的塑性变形有向性。
由于层错内部的裂纹网络是有向的，因此材料在受力过程中塑性变形的方向也是有向的。
3.层错会使材料的塑性变形更加复杂。
由于层错内部存在多条裂纹，因此材料在受力过程中可能会同时发生多种不同的塑性变形方式，使塑性变形的过程变得更加复杂。
总之，层错对塑性变形的影响是显著的，它会使材料的塑性变形能力降低、塑性变形有向性增强、塑性变形更加复杂。
因此，在工程应用中，应该尽量避免材料内部形成1.层错会使材料的抗拉强度降低。
由于层错内部存在裂纹网络，这些裂纹会使材料的整体强度降低，因此材料的抗拉强度也会随之降低。
2.层错会使材料的断裂形态变得更加复杂。
由于层错内部存在多条裂纹，因此材料在断裂时可能会同时发生多种不同的断裂方式，使断裂的形态变得更加复杂。
3.层错会使材料的疲劳寿命降低。
由于层错内部存在裂纹网络，这些裂纹会使材料的整体强度降低，因此材料在疲劳荷载作用下的寿命也会随之降低。
4.层错会使材料的力学性能变化不均匀。
由于层错内部存在裂纹网络，这些裂纹会使材料的力学性能在不同位置变化不均匀，导致材料的力学性能存在较大的差异。
总之，层错对塑性变形的影响还体现在材料的抗拉强度降低、断裂形态复杂化、疲劳寿命缩短以及力学性能变化不均匀等方面。
因此，在工程应用中，应该尽量避免材料内部形成层错，以保证材料的良好力学性能。
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金属材料塑性变形与强韧化机制探索：层错能效应2009-10-30 | 编辑：材料疲劳与断裂研究部| 【大中小】【打印】【关闭】
随着工业上对金属材料强度与韧性指标需求的逐步提高，人们采用了多种方法来强化金属材料，其中利用严重塑性变形(Severe Plastic Deformation-SPD)方法制备的超细晶/纳米晶金属材料由于具有极高的强度而得到材料学界的广泛关注。
历经二十余年的研究与探索，材料科学工作者已可以成功利用SPD方法(例如：等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing-ECAP）技术、高压扭转（High Pressure Torsion-HPT）技术等)制备大块、无残余孔隙、无界面污染的超细晶/纳米晶金属材料，并在微观结构与力学性能的关系方面有了深入的认识。
然而，由于其加工硬化能力的缺失，超细晶/纳米晶金属材料普遍存在着强度高塑性低的问题。
因此，目前研究的重点已从材料制备和结构表征，逐渐深入到微观组织的调整和新变形机制的探索，力图解决强度与塑性同步增长的难题。
我所张哲峰研究员及其课题组成员在国家自然科学基金重大项目“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”的资助下，最近以单相Cu-Al合金为研究对象，通过改变Cu-Al合金中Al的含量来调整其层错能，随后利用ECAP方法制备超细晶材料，系统研究了层错能对Cu-Al合金微观结构演化、晶粒细化机制、强度与延伸率的影响。
对于微米尺度晶粒材料，已经知道层错能作为材料重要的本征参数对其变形机制和力学行为有着重要影响。
对于Cu-Al合金随着Al含量的增加层错能逐渐降低，因此在ECAP过程中的变形机制也会随着铝含量的不同而呈现明显的区别，从而会显著影响其晶粒细化机制。
在对具有不同成分的Cu-Al合金经过一道次ECAP 挤压变形后，大量实验观察和统计结果表明：随着层错能的降低，变形孪晶和微观剪切带在承担严重塑性变形过程中起着越来越重要的作用，而且材料的滑移位错组态逐渐由波状滑移方式转变为平面滑移方式，微观剪切带从“铜型”剪切带转变为“黄铜型”剪切带，如图1(a)所示。
由于微观变形机制的转变，在经过多道次ECAP 挤压后，Cu-Al合金的晶粒细化机制也逐步由位错分割机制转变为孪晶碎化机制，如图1(b)所示。
同时结合前人关于形成超细晶均匀组织的研究结果，发现具有相对较高或较低层错能材料比具有中等层错能材料更容易形成均匀的微观变形结构。
利用ECAP制备的超细晶材料，晶粒并不能无限细化，研究表明：当晶粒细化到一定尺寸后会形成一个最小平衡晶粒尺寸（dmin），通过综合前人研究结果，发现对于不同材料归一化的层错能Ý/Gb与其最小晶粒尺寸dmin/b之间遵循线性关系：dmin/b=K(Ý/Gb)（K是一个无量纲参数；b是柏氏矢量；G是剪切模量），如图2所示。
同时结合其它制备超细晶方法中得到的dmin，通过比较其K值发现，归一化层错能Ý/Gb对最小平衡晶粒尺寸dmin/b的影响程度取决于外部变形条件的剧烈程度，外加变形条件愈剧烈，最小平衡晶粒尺寸对归一化层错能的影响程度愈小。
其中ECAP变形程度在各种严重塑性变形方法中是相对较缓和的，这为通过改变合金的层错能来实现制备具有不同微观结构与力学性能的合金材料提供了新的研究思路。
随后通过对经各道次ECAP挤压的Cu-Al合金样品进行拉伸实验发现，Cu-Al合金的强度和均匀延伸率随着层错能的降低具有同步提高的趋势，如图3(a)所示。
大多数金属材料，单纯通过增加位错和晶界密度获得超细晶结构，虽然其强度得到明显的提高，但是由于加工硬化能力的缺失必然会导致其塑性的降低。
结合最近报道的生长孪晶强化法和孪生诱导塑性机制，对于通过增加孪晶和层错密度得到的超细晶Cu-Al合金材料，不仅能够有效地提高其强度，而且可以利用孪晶和层错来容纳更多的位错而改善材料的加工硬化能力，从而使材料的塑性在具有高强度的同时维持在较好水平，因而其强度与均匀延伸率表现出同步增长的趋势，如图3(b)所示。
此外，通过对ECAP制备态的超细晶Cu-Al合金进行了一系列的退火和硬度实验，发现随层错能降低，微观剪切带在细化晶粒和承担微观变形方面起着更为重要的作用，这使得低层错能的超细晶Cu-Al合金的微观结构中存在更多容易进行再结晶形核的位置，从而其热稳定性比之高层错能的Cu-Al合金稍差，如图4(a)所示。
对经过不同温度退火的Cu-Al合金进行拉伸试验，发现具有高Al含量的Cu-Al合金的拉伸强度-均匀延伸率均高于具有低合金含量的合金，这进一步证实了层错能对合金强度与塑性的重要作用，如图4(b)所示。
以上研究结果不仅丰富了层错能对于超细晶金属材料塑性变形机制、晶粒细化与强韧化机制影响的理解，同时也加深和拓展了对超细晶金属材料组织与力学性能关系的理解，并对超细晶材料组织与性能的控制、优化具有一定的参考价值。
相关研究结果陆续发表在Applied Physics Letters 92 (2008) 201915，Philosophical Magazine 88 (2008) 3011, Acta Materialia 57 (2009) 1586和Journal of Materials Research, 2009 in press等刊物上。