金属的强化方法及机理优秀课件
表面强化技术分析课件.ppt
▪ 5、火焰加热表面淬火工艺的特点 ▪ 与感应加热表面淬火相比，火焰加热设备简单，
投入小，移动灵活，可以对大型难以移动零部 件进行加热。无需电源，相对节约能源。
▪ 但是，它也有固有的不足之处即：火焰加热速
度低所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不 够细化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均 匀性远不如感应加热淬火，质量控制存在困难。 又因它的火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸 不可能做的过小，形状不能过于复杂。因此主 要用于单件、小批量生产及大型零件如齿轮、 轴、轧辊、导轨等的表面淬火。
（1）加热速度范围宽，可在3～1000℃/s。加热时 间短，一般几秒至几十秒就可以完成加热，因 此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬 度高出2-4HRC，耐磨性较高。
（2）工艺参数容易调节和控制。因而工效很高， 可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。
（3）因为加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质 量高，无变形，可作为最终加工工序。
四、激光加热表面淬火
• 1.定义：利用聚焦 后的激光束照射到 工件表面，使其温 度迅速上升到相变 点以上然后移开激 光，利用工件自身 的冷却达到淬火目 的。
• 2.特点：
（1）加热和冷却速度快 加热速度可以达到105～ 109℃/s；相应的加热时间为10-3～10-7s；冷却速 度可达104～107℃/s。扫描速度越快，冷却速度 越快。
三、火焰加热表面淬火
• 1.定义：火焰加热表面淬火就是用高温火 焰迅速加热钢铁表面，然后喷水冷却， 使表面获得马氏体组织的工艺方法。
• 2.工艺要点：使用的燃料主要是煤气(CO) 或碳氢化合物（比如C2H2），还有天然 气、液化石油气等；实际操作中，通过 控制火焰与工件相对位置及两者相对移 动速度来控制工件的表面温度、加热层 深度、加热速度等。
金属的强化方法及机理20页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 ຫໍສະໝຸດ 0、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
金属的强化方法及机理
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
金属强化的基本途径及原理
金属强化的基本途径及原理
金属强化是指通过各种方法使金属材料具有更高的强度和硬度。
金属强化的基本途径和原理包括以下几种：
1. 晶体缺陷控制：通过改变金属材料的晶体结构和缺陷，如晶粒尺寸、晶界、位错等，来增加材料的强度。
常见的方法有冷变形、退火和合金化等。
2. 固溶体强化：通过添加合金元素，使其与基体金属形成固溶体。
固溶体的形成可以引起晶格畸变、降低位错移动速度、限制晶界扩张等效应，从而提高金属的强度和硬度。
3. 相变强化：通过控制金属材料的相变行为，如固态相变、析出相变等，来改变材料的结构和性能。
相变可以引起晶粒细化、形成弥散相，从而提高金属的强度和硬度。
4. 变形强化：通过应用外力使金属发生塑性变形，如拉伸、压缩、弯曲等，来改变材料的晶体结构和缺陷。
变形过程中会引起位错的运动和堆积，使晶粒变细、晶界增多，从而提高金属的强度和硬度。
5. 织构强化：通过控制金属材料的晶体排列方向和晶体取向，来改变材料的力学性能。
织构能够引起晶粒的取向效应和加工显微组织的优化，从而提高金属的强度和韧性。
总体而言，金属强化的基本原理是通过改变金属材料的晶体结
构、缺陷和相变行为，来调控材料的力学性能。
不同的金属强化方法可以相互结合应用，以达到最佳的强化效果。
TD金属材料表面强化技术课件 (二)
TD金属材料表面强化技术课件 (二)TD金属材料表面强化技术课件是一种先进的表面处理技术，它可以提高金属材料的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，从而提高材料的使用寿命和性能稳定性。
下面是关于TD金属材料表面强化技术的相关内容：1. TD金属材料表面强化技术的原理TD金属材料表面强化技术是一种通过高速冲击和热处理来改善金属材料表面性能的技术。
具体来说，该技术通过将金属材料表面喷射高速冲击流，使表面产生塑性变形和冷变形，从而形成一种类似于冷加工的效果。
接着，通过热处理，可以使材料表面形成一种均匀的、致密的、具有高强度和高硬度的表面层，从而提高材料的机械性能和耐磨性能。
2. TD金属材料表面强化技术的优点TD金属材料表面强化技术具有以下优点：（1）可以在不改变材料化学成分和整体性能的情况下，仅改善材料表面性能，从而提高材料的使用寿命和性能稳定性。
（2）该技术可以对各种金属材料进行表面强化处理，包括铜、铝、钢、钛等。
（3）该技术处理后的材料表面光洁度高，表面质量好，不会产生裂纹和变形等缺陷。
（4）该技术处理后的材料表面硬度高、耐磨性好、抗腐蚀性好，可以在恶劣环境下使用。
3. TD金属材料表面强化技术的应用TD金属材料表面强化技术广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、电子、化工等领域。
具体应用包括：（1）航空航天领域：该技术可以用于制造飞机发动机叶片、涡轮叶片、航空器外壳等部件。
（2）汽车领域：该技术可以用于制造汽车发动机缸体、曲轴、齿轮等部件。
（3）机械制造领域：该技术可以用于制造机床导轨、模具、刀具等部件。
（4）电子领域：该技术可以用于制造半导体设备、显示器等部件。
4. TD金属材料表面强化技术的发展趋势随着科技的不断进步和工业化生产的不断发展，TD金属材料表面强化技术也在不断发展和完善。
未来，该技术的发展趋势可能包括：（1）更加精细化的表面处理技术，可以实现对材料表面微观结构的精细调控。
（2）更加环保和节能的表面处理技术，可以减少材料表面处理过程中的能源消耗和环境污染。
金属材料强化方式
一、形变强化（或应变强化，加工硬化）01定义材料屈服以后，随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。
02机理随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式图片，可知强度与位错密度ρ的二分之一次方成正比，位错的伯氏矢量b越大，强化效果越显著。
03方法冷变形，比如冷压、滚压、喷丸等。
04例子冷拔钢丝可使其强度成倍增加。
05形变强化的实际意义(利与弊)（1）利：①形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料，可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加。
②是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形。
③形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。
（2）弊：①形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，始继续变形带来困难，需要消耗更多的功率。
②为了能让材料继续变形，中间需要进行再结晶退火，使材料可以继续变形而不至开裂，增加了生产成本。
二、固溶强化01定义随溶质原子含量的增加，固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。
02机理(1) 溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用。
(2) 位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力。
(3) 溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。
所有阻碍位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。
03规律①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大②溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，强化效果越显著。
金属的强化机制
各种金属的这种理论强度与实际测定值均相差3～4个数量级。20世 纪20年代，泰勒等人提出的位错理论解释了这种差异。金属材料滑 移（塑性变形）的微观机理是存在位错运动
（1）位错是实际晶体中 存在的真实缺陷，现在 可以直接利用高分辨透 射电镜观察，如下图所 示。
位错在力τ的作用下向右的滑移，最终移出表面而消失。由于 只需沿滑移面改变近邻原子的位臵即可实现滑移，因此，所需 的力很小，上述过程很易进行。
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位错的观测
利用透射电子显微镜可直接观察到材料微结构中的位错 。 TEM 观察的第一步是将金属样品加工成电子束可以 穿过的薄膜。在没有位错存在的区域，电子通过等间 距规则排列的各晶面时将可能发生衍射，其衍射角、 晶面间距及电子波长之间满足布拉格定律。而在位错 存在的区域附近，晶格发生了畸变，因此衍射强度亦 将随之变化，于是位错附近区域所成的像便会与周围 区域形成衬度（黑白对比度）反差，这就是用 TEM 观 察位错的基本原理，
而在位错存在的区域附近晶格发生了畸变因此衍射强度亦将随之变化于是位错附近区域所成的像便会与周围区域形成衬度黑白对比度反差这就是用tem观察位错的基本原理位错的观测各种金属的这种理论强度与实际测定值均相差34个数量级
7.1 金属的强化机制
通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属材料的 强度，称为金属的强化。
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霍尔—培奇(Hall—Petch)公式 1） 晶界是位错运动的障碍，因而晶粒愈细小，晶 界的总面积愈大，位错的运动愈困难，材料的强度 也就愈高。 2）Hall—Petch根据这一观点总结出金属屈服强度 （流变强度、疲劳强度等）与晶粒大小的关系式：
s i kyd
第5章 金属材料强化的途径
的设计和使用中，流变应力的重要性更为突出；
5、流变应力
流变应力的组成 对流变应力有贡献的阻力主要是两类： 1）抑制位错源开动的应力，称之源硬化。 2）前面谈到的阻力是位错开始运动之后才起作用的，对位
错的运动起着妨碍的作用，称为摩擦阻力。
提高流变应力的方法 为了提高含有位错的晶体的流变应力所做的种种努力不 外就是通过各种手段来增加这两类阻力。
第二节 形变强化
举例2：下图为冷变形对工业纯铜性能的影响，随变形量增 大，铜的屈服强度与抗拉强度提高，而塑性下降。
σs
工 程 应 力
σs
工 程 力 学
强度提高 Δ σs
纯铜材料（Cu)
工程应变
工程应变
第二节 形变强化
上述的现象说明形变可以强化金属。 金属经塑性变形时，沿着变形方向晶粒被拉长。当变形量 很大时，晶粒难以分辨。
第三节 固溶强化
（5）结构因素：无论是短程有序的还是偏聚状态的固溶体， 在塑性变形的同时，其有序区域或偏聚区域将遭到破坏。 引起这种稳定状态破坏的塑性变形是要付出更多的能量作 为代价的。
5、流变应力
(2) 其二是因应变硬化产生的附加强度，它由塑性变形过程中 d 应变硬化速率 d 和塑性变形量 f l 来决定。所以，在断 裂前的最大强度大致可按下式计算：
max l
f
l
d ( )d d
工程结构材料主要是在弹性范围内使用的，因此，在构件
第二节 形变强化
形变强化是金属材料强化常用的方法。
适用对象是不再经受热处理并且使用温度远低于再结 晶温度的金属材料；
塑性变形对金属物理、化学性能的影响： 经过冷塑性变形后，金属的物理性能和化学性能也将发生明显 的变化。通常使金属的导电性、电阻温度系数和导热性下降。 塑性变形还使导磁率、磁饱和度下降，但矫顽力增加。塑性变 形提高金属的内能，使化学活性提高，耐腐蚀性下降。
金属材料学-第五章 金属材料的强化方法
第五章金属材料的强化方法一、金属材料的基本强化途径许多离子晶体和共价晶体受力后直到断裂，其变形都属于弹性变形。
而金属材料的应力与应变关系如图5-1所示。
它在断裂前通常有大量塑性变形。
它是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面晶向的相对滑动。
但是，晶体的实际滑移过程并不是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑移。
如果是刚性的滑移，则滑移所需的切应力极大，其数值远高于实际测定值。
如，使铜单晶刚性滑移的最小切应力（计算值）为1540MPa, 而实际测定值仅为1MPa。
各种金属的这种理论强度与实际测定值均相差3～4个数量级。
这样的结果，迫使人们去探求滑移的机理问题，即金属晶体滑移的机理是什么？20世纪20年代，泰勒等人提出的位错理论解释了这种差异。
位错是实际晶体中存在的真实缺陷。
现已可以直接观察到位错。
图5-2 位错结构图5-3 位错参与的滑移过程位错在力τ的作用下向右的滑移，最终移出表面而消失。
由于只需沿滑移面A —A 改变近邻原子的位置即可实现滑移，因此，所需的力很小，上述过程很易进行。
由上述的分析可知，金属晶体中的位错数量愈少，则其强度愈高。
现已能制造出位错数量极少的金属晶体，其实测强度值接近理论强度值。
这种晶体的直径在1μm 数量级，称之为晶须。
由位错参与的塑性变形过程似乎可得到另一结论，即金属中位错愈多，滑移过程愈易于进行，其强度也愈低。
事实并不是这样。
如图5-4所示。
图5-4 强度和位错与其它畸变可见，仅仅是在位错密度增加的初期，金属的实际强度下降；位错密度继续增大，则金属晶体的强度又上升。
这是因为位错密度继续增加时，位错之间会产生相互作用：1）应力场引起的阻力，如位错塞积，当大量位错从一个位错源中产生并且在某个强障碍面前停止的时候就构成了位错的塞积；2）位错交截所产生的阻力；3）形成割阶引起的阻力（两个不平行柏氏矢量的位错在交截过程中在一位错上产生短位错）；4）割阶运动引起的阻力。
金属受力变形达到断裂之前，其最大强度由两部分构成：一是未变形金属的流变应力σl ，即宏观上为产生微量塑性变形所需要的应力。
纯金属的变形强化PPT课件
变形强化的重要性
提高金属材料的强度和硬度， 使其能够承受更高的载荷和更 恶劣的环境条件。
增强金属材料的耐磨性和耐腐 蚀性，延长其使用寿命。
降低金属材料的成本，因为可 以通过优化加工工艺来减少材 料浪费和降低生产成本。
变形强化的历史与发展
早期发展
早在古代，人们就已经开始通过锻造、锤打等手段对金属进行变形强化。随着工 业革命的兴起，人们对金属的强度和性能要求越来越高，变形强化逐渐成为一种 重要的金属加工技术。
离子注入工艺
将金属置于真空状态下，利用离子束将特定元素注入到金 属表面，使表面形成一层具有特殊性能的合金层，从而提 高金属的耐腐蚀性和耐磨性。
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纯金属的变形强化应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
航空航天领域应用
航空发动机叶片
通过变形强化技术提高叶片的强 度和耐高温性能，确保发动机在 高温、高压和高转速的极端条件 下稳定运行。
ERA
位错强化机制
位错强化机制是纯金属变形强化中最常见的机制之一。
当金属受到外力作用时，位错会沿滑移面运动，导致晶体内部位错密度增加，形成 位错缠结和塞积。
位错强化机制通过阻碍位错运动来提高金属的强度和硬度，从而提高金属的变形抗 力。
孪晶强化机制
孪晶强化机制是通过孪晶界面的 形成来阻碍位错运动，从而提高
总结
通过引入先进的工艺技术， 可以有效地提高纯金属的 加工质量和效率，降低生 产成本。
应用领域的挑战与解决方案
挑战
纯金属在不同应用领域中面临不同的挑战，如高 温、腐蚀、辐射等环境因素。
解决方案
针对具体应用领域，选择适合的纯金属材料和表 面处理技术，以提高其耐久性和稳定性。
金属的强化方法及机理ppt课件
σs=σ0+ K/d1/2 此式称为霍耳-配奇公式。
式中：σ0 ——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。
σs ——开始发生塑性变形的最小应力
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
位错→
切应力
第二相颗粒
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
➢切过机制：位错与颗粒之间的阻力较小时，直 接切过第二相颗粒，结果硬颗粒被切成上下两部分， 并在切割面上产生位移，颗粒与基体间的界 面面积增大，需要做功。并且，由于第二相与基 体结构不同，位错扫过小颗粒必然引起局部原子 错排，这也会增加位错运动的阻力，从而使金属 强化。
3、金属强度与位错密度有左图所示的关系
晶须强度 晶须强度 强 度 加工硬化态金属
退火态金属
金属强度与位错 密度关系示意图
非晶态金属 位错密度
实验证明，金属强度 与位错密度有左图所 示的关系。退火态金 属的位错密度为 106~108/cm2 ，强度最 低，在此基础上增加 或降低位错密度，都 可有效提高金属强 度。加工硬化态金属 的位错密度为 1011~1012/cm2 。
细晶强化机制：晶界是位错运动过程中的障碍。 晶界增多，对位错运动的阻碍作用增强，致使位 错在晶界处塞积（即位错密度增加），金属的强 度增加；在单个晶粒内部，塞积的位错群的长度 减小，应力集中较小，不足于使位错源开动，必 须增加外力。
(完整word版)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。
6第四章金属强化理论和钢的热处理1ppt课件
2.马氏体强化：是通过热处理获得马氏体组织使钢得以强化的方法，是钢 铁材料强化的重要手段。马氏体强化主要是通过碳在α-Fe中的过饱和溶解造 成固溶强化，但同时也伴有其它强化作用，如目前已得到广泛应用的低碳马 氏体，除固溶强化外，由于组织转变中的容积变化和滑移过程、使其组织中 的每个板条都存在着很高密度的位错，即位错强化效果十分显著，同时板条 之间存在着小角度晶界以及马氏体转变时伴有细小碳化物的析出，所以还有 细晶强化和第二相强化的因素存在，因而热处理对材料的强化作用也是综合 性的。
(亚共析钢和过共析钢中奥氏体的形成过程与共析钢基本相同 )
6 第四章
二、奥氏体晶粒度及其影响因素
奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的性能有着重要的影响。热处理加热时获 得细小均匀的奥氏体晶粒，冷却后钢的力学性能就好。奥氏体晶粒大小是评 定加热质量的主要指标之一。
（1）晶粒度（定义）是表示晶粒大小的尺度。1-4级为粗晶粒，5-8级细晶粒。
图4-4 共析钢中奥氏体形成过程示意图
6 第四章
（(共析钢)奥氏体的形成四个阶段）
(1)奥氏体晶核的形成 奥氏体晶核一般优先在铁素体和渗碳体相界处形成。这
是因为在相界处，原子排列紊乱，能量较高，能满足晶核形成的结构、能 量和浓度条件。 (2)奥氏体晶核的长大 奥氏体晶核形成后，它一面与铁素体相接，另一面和渗 碳体相接，并在浓度上建立起平衡关系。由于和渗碳体相接的界面碳浓度 高，而和铁素体相接的界面碳浓度低，这就使得奥氏体晶粒内部存在着碳 的浓度梯度，从而引起碳不断从渗碳体界面通过奥氏体晶粒向低碳浓度的 铁素体界面扩散，为了维持原来相界面碳浓度的平衡关系，奥氏体晶粒不 断向铁索体和渗碳体两边长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。 (3)残余渗碳体的溶解 在奥氏体形成过程中，奥氏体向铁素体方向成长的速度 远大于渗碳体的溶解．因此在奥氏体形成之后，还残留一定量的未溶渗碳 体。这部分渗碳体只能在随后的保温过程中，逐渐溶入奥氏体中，直至完 全消失。 (4)奥氏体成分的均匀化 渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳浓度的分布并不均匀， 原来属于渗碳体的地方含碳较多，而属于铁素体的地方含碳较少，必须继 续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。
金属强化机制ppt课件
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关于纳米材料的力学性能的研究总结出四条与 常规晶粒材料不同的结论
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金属纳米材料自诞生以来对各个领域的影 响令人瞩目，这主要是因为纳米材料往往“ 身怀绝技”，有特殊的用途。现列出一些金
(1)钴属(C纳o)高米密材度料磁记在录实材际料中。利的用主纳要米钴用粉途记：录密度高
、矫顽力高(可达119.4kA／m)、信噪比高和抗氧化性好等 优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。。
13
细晶强化
多晶体中晶体各项异性，不同位向晶粒的滑移系 取向不同，滑移方向也不同，滑移方向不可能从一 个晶粒直接延续到另一个晶粒中；晶界处原子排列 不规则，点阵畸变严重。
因此，在室温下晶界将会阻碍
位错的滑移，使每个晶粒中的滑移
带终止在晶界附近，并发生位错堵
塞现象，如图所示，位错塞积群又
会对位错源产生一反作用力，这个
金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳 米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。
金属纳米材料具有许多其本体普通材料所没有的 独特的物理和化学性能,在光、电、磁、催化剂、传感 、生物医药等方面具有广泛的应用前景。 这些独特性能与 纳米材料的尺寸、 形状密切相关, 因而形貌可控地 制备纳米材料非常重要。
5
固溶强化的主要机制：
柯氏气团：在固溶体合金中，溶质原子或杂质原
子可以与位错交互作用而形成溶质原子气团。
6
低碳钢在上屈服点 开始塑性变形，当 应力达到上屈服点 之后开始应力降落， 在下屈服点发生连 续变形而应力并不 升高，即出现水平 台，这就是屈服平 台。
Hale Waihona Puke 低碳钢退火状态的工程应力—7
低碳钢屈服现象的柯氏气团理论
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非晶态金属 位错密度
实验证明，金属强度 与位错密度有左图所 示的关系。退火态金 属的位错密度为 106~108/cm2 ，强度最 低，在此基础上增加 或降低位错密度，都 可有效提高金属强 度。加工硬化态金属 的位错密度为 1011~1012/cm2 。
冷加工过程中，除了力学性能的变化， 金属材料的物理化学性能也有所改变。
例如：冷加工后位错密度增加，晶格畸变很大， 给自由电子的运动造成一定程度的干扰，从而使 电阻有所增加；由于位错密度增大，晶体处于高 能量状态，金属易与周围介质发生化学反应，使 抗腐蚀性能降低。
（四）第二相强化
第二相粒子可以有效地阻碍位错运动，运动着 的位错遇到滑移面上的第二相粒子时，或切过， 或绕过，这样滑移变形才能继续进行。这一过 程要消耗额外的能量，需要提高外加应力，所 以造成强化。但是第二相粒子必须十分细小， 粒子越弥散，其间距越小，则强化效果越好。 这种有第二相粒子引起的强化作用称之为第二 相强化。根据两者相互作用的方式有两种强化 机制：弥散强化和沉淀强化。
把某一成分的合金加热到固溶度曲线以上，在某一温度保持一定 时间，使得B组元充分溶入α固溶体中，然后迅速冷却，抑制B元 素析出，得到过饱和α固溶体，这就是固溶处理。
经固溶处理后的合金在室温下放置或加热到低于溶解度曲线的某 一温度保温，合金将产生脱溶析出，即B将以新相的形式从过饱和 α相中弥散析出，这个过程即是时效。通常将在室温下放置产生 的时效称为自然时效；将加热到室温以上某一温度进行的时效称 为人工时效。
新的界面
Mg17Al12
Mg3Sb2
弹性交互作用
化学交互作用
电学交互作用
（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。
晶粒大小对纯铁力学性能的影响
晶粒的平 均直径 d(mm)
9.7 7.0 2.5
抗拉强度 b(MPa)
延伸率(%)
168
28.8
184
30.6
215
39.5
位错→
切应力
第二相颗粒
➢切过机制：位错与颗粒之间的阻力较小时，直 接切过第二相颗粒，结果硬颗粒被切成上下两部分， 并在切割面上产生位移，颗粒与基体间的界 面面积增大，需要做功。并且，由于第二相与基 体结构不同，位错扫过小颗粒必然引起局部原子 错排，这也会增加位错运动的阻力，从而使金属 强化。
新的界面
生产中细化晶粒的方法: 1、加快凝固速度 2、变质处理（如纯铝铸锭） 3、振动和搅拌
Ti变质处 理
未变质处理
（三）位错强化(P40)
1、概念
金属中的位错密度越高，则位错运动时越容易发 生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运 动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高 金属的强度，这种用增加位错密度提高金属强度 的方法称为位错强化。
细化晶粒不仅能提高材料的强度，还可以改善 材料的塑性和韧性。
因为晶粒越细，单位体积内的晶粒数就越多， 变形时同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生， 以产生比较均匀的变形，这样，因局部应力集中而 引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可 能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率、断面 收缩率和具有较高的冲击载荷抗力。
金属的强化方法及机理优秀课 件
固溶强化机制
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。
实验证明，金属的屈服强度与其晶粒尺寸之 间有下列关系：
σs=σ0+ K/d1/2 此式称为霍耳-配奇公式。
式中：σ0 ——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。
σs ——开始发生塑性变形的最小应力
细晶强化机制：晶界是位错运动过程中的障碍。 晶界增多，对位错运动的阻碍作用增强，致使位 错在晶界处塞积（即位错密度增加），金属的强 度增加；在单个晶粒内部，塞积的位错群的长度 减小，应力集中较小，不足于使位错源开动，必 须增加外力。
金属材料经冷塑性变形后，其强度与硬度随变形 程度的增加而提高，而塑性、韧性则很快降低的 现象为加工硬化或形变强化。
例如：自行车链条板(16Mn钢板)
原始厚度3.5mm
150HB
五次冷轧后1.2mm 275HB
b=520MPa b>1000MPa
又如：冷拔高强度钢丝和冷卷弹簧是利用加工变 形来提高他们的强度和弹性极限；坦克和拖拉机 的履带、破碎机的颚板以及铁路的道叉等也都是 利用加工硬化来提高他们的硬度和耐磨性的。
随着时效时间的延长，由于弥散新相的析出而使合金的强度、硬 度升高，这种现象称为时效硬化。时效硬化即脱溶沉淀引起 的沉淀硬化。
固溶与时效处理的 工艺过程
弥散强化机制
➢绕过机制：基体与中间相的界面上存在点阵畸 变和应力场，成为位错滑动的障碍。滑动位错遇 到这种障碍变得弯曲，随切应力加大，位错弯曲 程度加剧，并逐渐成为环状。由于两个颗粒间的 位错线段符号相反，它们将断开，形成包围小颗 粒的位错环。位错则越过颗粒继续向前滑动。随 着位错不断绕过第二相颗粒，颗粒周围的位错环 数逐渐增加，对后来的位错造成更大的阻力。
2、加工硬化机制
金属的塑性变形是通过滑移进行的。在塑性变形 过程中，由于位错塞积（位错运动过程中遇到障 碍受阻）、位错之间的弹性作用、位错割阶等造 成位错运动受阻，从而使材料的强度提高。
3、金属强度与位错密度有左图所示的关系
晶须强度 晶须强度 强 度 加工硬化态金属
退火态金属
金属强度与位错 密度关系示意图