金属材料的强韧化解析

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。
增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提 高强度。
（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。
(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。
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．
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bຫໍສະໝຸດ Baidu⊥b2
交割前
交割后
（2）两个位错相互垂直，两个b相互平行
（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。
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。
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。
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。
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）间隙型溶质原子比置换原子有更大的 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：σs=σ+Kyd-1/2
（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： 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
如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。
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。
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。