KEY 4-5 金属材料的强化方式

提高塑性变形的过程称为材料的强化。由于金属的塑性变形主 要是由位错的滑移运动造成的，因此金属的强化手段就在于设 法增大位错运动的阻力。金属材料常用的四种强化手段为晶粒 细化、固溶强化、弥散强化、加工硬化。
可见提高材料的变形抗力，以使零件在使用过程中不因塑性变形 或过量塑性变形而丧失工作能力是必要的。
KEY 4-5
金属材料的强化方式
塑性好的金属在成形与制造过程中，较容易被加工成预定形状 与尺寸的零件。但在工程应用中，绝大多数零件都是不允许产 生塑性变形的，因为变形会使它们丧失原有的功效。
如精密机床的丝杠，在工作中若产生微量的塑性变形，其精度就 会明显下降。
可见提高材料的变形抗力，以使零件在使用过程中不因塑性变形 或过量塑性变形而丧失工作能力是必要的。
对热轧或冷变形后退火态使用的合金，可调整形变和再结晶温度 来细化晶粒；
对热处理强化态使用的合金可控制奥氏体化温度，利用相变重结 晶来细化晶粒。
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二、固溶强化
固溶体中随溶质含量的增加，固溶体的强度和硬度提高，而塑 性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。
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三、弥散强化
当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变形除与合金 基体的性质有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和 分布有关。第二相可以是纯金属，也可以是固溶体或化合物， 工业合金中的第二相多数是化合物
弥散强化：当第二相呈颗粒状弥散分布，颗粒越细，分布越均匀 合金的强度、硬度越高，这种强化方法称为弥散强化或沉淀强化
提高塑性变形的过程称为材料的强化。由于金属的塑性变形主 要是由位错的滑移运动造成的，因此金属的强化手段就在于设 法增大位错运动的阻力。金属材料常用的四种强化手段为晶粒 细化、固溶强化、弥散强化、加工硬化。
一、细晶强化
通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法叫 做细晶强化 细晶强化的机理 1）晶粒越细,晶界越多,位错障碍越多;需要协调的具有不同位向 的晶粒越多,使金属塑性变形的抗力越高，则强度越高
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采用冷加工变形对于提高金属板材与线材的强度有着很大的实 用价值。例如经冷拔琴弦，可具有很高的强度。
特别是对于那些在热处理过程中不发生相变的金属，加工硬 化更是极为重要的强化手段。
铝
铜
随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下 降，这种现象称为加工硬化（也称为冷变形强化）
位错密度及其它晶体缺陷的增加是导致加工硬化的原因。
随着变形量的增加，位错密度急剧增高， 金属晶体中原子间失去了正常的相邻关 系，晶格发生畸变，形成许多亚晶界位 错畸变区，这使得位错与位错间的相互 缠结及大量位错在亚晶界上的塞积加重， 以致位错的运动越来越困难，金属继续 塑性变形的抗力增大，塑性下降，强度、 硬度增加。
2）晶粒越细，塑性和韧性也越好，这是 因为晶粒越细，单位体积内晶粒的数目 越多，则同样的变形量由更多晶粒分散 承担,不易造成局部的应力集中,使在断 裂前发生较大的塑性变形,强度和塑性同 时增加,金属在断裂前消耗的功也越大, 因而其韧性也较好。
细晶强化是唯一的使材料强度和塑性同时提高的强化方法
对铸态使用的合金，可控制铸造工艺来细化晶粒；
当第二相在晶界上呈网状分布时，对强度和塑性都不利。
当第二相在晶内呈片状和层状分布时，可提高强度和硬度， 但会降低塑性和韧性。
研究表明，当运动的位错在滑移面上遇到第二相时必须提高外 加应力，才能克服它的阻挡，使滑移继续进行，并且只有当第 二相粒子的尺寸小于0.1μm时，这种阻挡作用才是最好的。
四、加工硬化
固溶强化是通过合金化对材料进行的最基本的强化方法，是提高 金属材料性能的一个重要途径，如在碳钢中加入能溶入铁素体的 Mn、Si等合金元素，即可使其机械性能明显提高。
固溶强化的主要原因
1）是溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子的存在使晶格发 生畸变，对在滑移面上运动的位错有阻碍作用。
2）在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用，使运动位错 受阻，因而提高了固溶体的变形抗力