材料的强化与韧化PPT课件

疏。
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3.1 金属及合金的强化与韧化
(a)为强相互作用的结果； (b)为弱相互作用的结果 图 由于溶质原子与位错线间相互202作1 用的不同对其可弯曲性的影响
3.1 金属及合金的强化与韧化
若以l和L分别表示两种情况下可以独立滑移的位错段平均长度， F为溶质原子沿滑移方向作用在位错线上的阻力，则使位错运动所 需的切应力可表示为
由于合金元素与位错的强交互作用，使得在晶体生长 过程中位错的密度大大提高，造成与纯金属截然不同的基 本结构。这往往成为某些合金非均匀强化的部分原因，如 铜中加入少量的镍，银中加入少量的金等。此外，就目前 所知非均匀强化的类型大致可分为：浓度梯度强化， Cottrell气团强化，Snoek气团强化, 静电相互作用强化，化 学相互作用强化和有序强化等几种。
G b5 42r4
' G
16Kb
3.1 金属及合金的强化与韧化
弹性位错单位长度L的定义示意图
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3.1 金属及合金的强化与韧化
铜合金中固溶强化和溶质原子202与1 螺型位错相互作用的关系
3.1 金属及合金的强化与韧化
溶质原子分布示意图
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3.1 金属及合金的强化与韧化
3.1.2 非均匀强化
bil(L/l)1/n。若此时外加切应力为c，遂得:
c
i
(
l )1 L
2
位错曲率
Gb 2
L
b i (
l
1
L) 2
c Gb2c5320(21 lnc)2 溶质浓度
3.1 金属及合金的强化与韧化
铜合金中固溶强化与晶2021 格畸变间的关系
3.1 金属及合金的强化与韧化
两个主要的特点：一为溶质原子与基体原子的相互作用中， 除了考虑由于大小不同所引起的畸变外，还考虑了由于 “软”“硬”不同，即弹性模量不同而产生的影响；另 一为置换溶质原子与位错的静水张压力的相互作用中， 除了考虑纯刃型的以外，还考虑了纯螺型的。
第3章 材料的强化与韧化
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研究材料强韧化的意义
强度和韧性是衡量结构材料的最重要的力学性 能指标。由于新型、先进材料的结构的复杂化、多 样化，加之其昂贵的成本，使得传统的材料设计制 备方法已远远满足不了材料强韧化的要求。换言之， 为了有效地提高材料的强度和韧性，必须对材料的 整体结构进行多组分设计，包括材料组分、微结构、 界面性能和材料制备工艺等。
F bl
F bL
从表面上看，因为间隙式溶质原子固溶后引起的晶格
畸变大，对称性低属于情况(a)；置换式固溶所引起的晶格
畸变小，对称性高属于情况(b)。但事实上间隙式溶质原子
在晶格中，一般总是优先与缺陷相结合，所以已不属于均
匀强化的范畴。
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c Gb2c53(lnc)2
3.1
金属及合金的强化与韧化
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3.1 金属及合金的强化与韧化
均匀强化
溶质原子混乱地分布于基体中，因为位错线具
有一定的弹性，故对同一种分布状态，由于不同溶
质原子与位错线的相互作用不同，位错线的运动方
式有如(a)和(b)所示的两种情况。(a)为相互作用强
时，位错线便“感到”溶质原子分布较密；(b)为
相互作用弱时，位错线便“感到”溶质原子分布较
Snoek气团的主要特点 是其强化作用与温度无关，而与溶质浓度成正比。
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3.1 金属及合金的强化与韧化
静电相互作用强化
研究发现，刃型位错的静电作用如同一串电偶极子， 受到部分屏蔽的溶质原子显然与此刃型位错间存在着静电 相互作用。如考虑非线性的弹性效应时，螺型位错中心将 带有负电荷，所以螺型位错与溶质原子之间也应有静电相 互作用。此外，事实上合金中溶质原子的电荷将完全被导 电电子的重新分布所屏蔽。因此，位错和溶质原子间的静 电相互作用是作用于溶质原子离子壳的力和作用于屏蔽电 子间的力的一个复杂的差效应。
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3.1 金属及合金的强化与韧化
金属的屈服对金属结构件来说，意味着失效。-》如何使 其不发生屈服或者提高屈服抗力，从而保障其服役的安全。
介绍金属及合金强化与韧化方面的理论及方法。应该说强 化的方法很多，如：加工硬化、淬火及热处理等，但最有效 而稳定的方法，实际生产中常用的方法就是合金化。 重点介绍：固溶强化-》均匀强化、非均匀强化理论、细晶强 化、弥散强化以及其它的一些强化方法，形变强化即加工硬 化的问题已在第2章论及，在此不再阐述。
Mott-Nabarro理论
假设了溶质原子在晶格中产生一长程内应力场了i，则位错弯 曲的临界曲率半径为Gb/i。若溶质原子间距l<<Gb/i，即位错与溶 质原子间的作用为强相互作用时，整个位错便可以分成独立的n段，
且n=L/l。根据统计规律知道，作用在长为L位错上的力应等于n1/2
倍作用在每一段上的力，故长为L的位错运动的阻力可写成
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3.1 金属及合金的强化与韧化
Cottrell气团强化 合金元素与位错之间有弹性交互作用能 U4Gb3Rsin
r
由正刃型位错形成的2C021ottrell气团
3.1 金属及合金的强化与韧化
应变时效对应力-应变曲线的影响
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3.1 金属及合金的强化与分分布在八面体的 间隙位置，造成晶格四方畸变，如钢中C原子进入a-Fe的三个 八面体间隙位置的机会是相等的。如果有外力作用，在这三个 位置中C原子所产生的应变能各不相同，应变能较大的C原子 就要到应变能较小的间隙位置上去，以降低系统的能量，这就 是Snoek效应。
c Gs32c12
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3.1 金属及合金的强化与韧化
弹性模量相互作用2021示意图
3.1 金属及合金的强化与韧化
刃型
大小作用
“软” “硬” 作用
总 和*
21Gb4by 1r4
Gb5'G
42 1 r4
G5b
42 1r4
'G32b
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螺型
KGb5b1 212r4
Gb
5
' G
42r 4
着重介绍其特点及存在的问题。
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3.1 金属及合金的强化与韧化
浓度梯度强化 强化机制实质上可分为三部分：一为晶格常数相互作用，
即由于合金元素的分布存在浓度梯度，所以晶格常数也就有相 应的变化梯度。当刃型位错的运动方向与浓度梯度方向一致时， 或螺型位错的运动方向与浓度梯度方向垂直时，就会在滑移面 两边产生类似位错的对不齐现象，从而提高了位错运动的阻力； 二为弹性模量相互作用，即由于合金元素的分布存在浓度梯度， 弹性模量亦不再可能是常数，结果对位错的运动相当于额外地 施加阻力。不过，一般讲这两种力都可以忽略不计；三为具有 浓度分布梯度的合金元素与位错间的弹性相互作用，即存在合 金元素分布梯度时的Cottrell气团强化作用。