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工程材料强化方法综述 机制本科1101 杨清波 摘要：从工程材料强化本质和工业上工程材料强化的工艺两方面综合介绍了工程材料的强化方法。详细介绍了工程材料的强化本质方法和工业生产中的材料强化工艺。分析了在工业生产中各种强化方法的特点、效果及应用范围。介绍了一些强化工艺中的新技术。 关键词：细化晶粒，位错，固溶体，晶格畸变，强化，硬化，金属碳化物，热处理，相变 0.引语 强度是材料在外力作用作用下抵抗永久变形和断裂的能力。在特定的工作环境中，某些构件需要承受较大的载荷或受到较大的冲击力等，那么这些构件需要有较高的力学性能，尤其需要有较高的强度。如何强化材料是工业生产中的一个非常重要的问题。强化材料方法在工业生产中有广泛应用。对材料进行强化可以扩大材料的应用范围，增加材料种类，降低生产成本。从材料的组织结构分析可得到多种强化原理，根据强化原理可制定多种强化工艺。下面，我对强化方法进行了初步的系统的总结。 1.工程材料强化方法原理 1.1晶界强化 1）界强化作用的直接体现者——细晶强化。金属的晶粒越细，则晶界数量越多，这样，由取向差效应和晶界原子排列不规则造成的强化效果越明显。多晶体的晶粒变形时，要求其周围的晶粒协同运动。多晶体滑移是多系滑移，以自身变形的同时，协调、配合相邻晶粒变形。造成位错发生交割，增大滑移变形阻力，从而使金属表现出高强度。 2）添加或减少微量元素含量，改善晶界状态。晶界的晶体结构不规则，原子排列混乱，晶格歪扭，又存在各种晶体缺陷(如位错、空洞等)，因此晶界在高温变形时是一个薄弱环节。在高温蠕变时，晶界形变量占总形变量的50％，因此强化晶界就成为高温合金强化的一个重要部分。一些有害杂质元素的溶解度很小且往往偏析于晶界，生成低熔点共晶化合物。硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015％。因此合金中所含的硫在铁中易形成熔点为988C的Fe+FeS低熔点共晶。硫在镍中会形成熔点只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。这些低熔点共晶在晶界的形成会大大恶化合金的热加工性能和高温热强性。通常高温合金中的硫含量控制在0.015％以下，优质高温合金控制在0．005％～0.007％以下。 1.2固溶强化 固溶体的晶体结构和溶剂的相同，但因溶质原子的溶入引起晶格常数改变，形成点缺陷并导致晶格畸变，使位错移动阻力增加，合金的强度、硬度、电阻增高，塑性、耐腐蚀性降低。这种通过加入溶质元素形成固溶体，使合金强度、硬度提高的方法称为固溶强化。适当控制溶质元素的量，可以在显著提高合金强度的同时，又保持较高的塑性、韧性。因此，对综合力学性能要求高的零件材料，大都采用以固溶强化为基体的合金。 1.3分散强化 由弥散分布于基体中的细小第二相质点引起的强化称为分散强化。分散强化分为时效强化（也称沉淀强化）和弥散强化（又称第二相强化）。 1）弥散强化（又称第二相强化） 合金渗碳体、合金碳化物和特殊碳化物都比渗碳体具有更高的稳定性、硬度和耐磨性，当他们分布在基体上时，可引起更为明显的第二项强化作用。 2）时效强化（也称沉淀强化） 如果合金经重新低温加热或长时间放置，而从过饱和基体中沉淀析出细小第二相粒子（特殊碳化物或其他金属化合物），使材料得到很大强化，这就是时效强化（也称沉淀强化）。W、Mo、Ti、V、Nb等元素与与碳的结合能力很强，可形成细小的特殊碳化物，如TiC、WC、VC等，它们的弥散效果很强，常作为高硬度、高耐热、高耐磨性钢的强化相。时效强化由于强化效果显著，且在生产上易控制，在工业上得到了广泛的应用。 1.4增减材料内部位错造成强化 当位错数量较少时，位错存在会使晶体塑性变形容易进行，但当晶体中位错数量过多时，又会因位错间交互作用而位错的运动变得困难，晶体的变形阻力增大，强度增高，如右图所示。依据这个原理可知，降低和提高位错密度两种方式都可以强化金属。 1）位错强化。由于位错密度增大或位错之间交互作用而使强度提高的强化机制叫做位错强化。 2）晶须强化。有图可知，如果，材料中不含位错或位错密度极小，则材料的屈服强度将大幅度提高。金属晶须就是在这一思路下指导研制成功的一种高强度材料。(将须晶加入材料中，达到强化的目的，其过程……) 1.5有序强化 晶体自发采取的状态一定是低能量状态。有序固溶体中，原子自发采取的有序排列状态也是一种低能状态，而塑性变形会使原子有序排列的状态遭到破坏。有序状态的破坏将引起晶体的能量升高。欲实现这个过程（即晶体能量升高）。就要额外增加外力，故原子有序排列会造成晶体强化。 相比较而言，有序强化的强化效果一般较弱，属于一种弱强化。 1.6非晶态金属强化 非晶态金属是指金属在固态下具有液态金属原子排列方式，即短程有序结构的金属或合金。其制造方法是通过超高