《材料科学基础》课件——第十章 材料的强化.pptxVIP

第一节 材料强化基本原理 第二节 材料韧化基本原理 ; 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； 强度是材料抵抗变形和断裂的能力， 塑性则表示材料断裂时总的塑变程度． 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． 金属材料缺口试样落锤冲击试验侧得的韧性指标称为冲击韧性． 高分子材料冲击试验的韧性指标通常称为冲击强度或冲击韧度． ;第一节 材料强化基本原理 一、金属材料的强化原理 1、固溶强化 纯金属经适当的合金化后强度、硬度提高的现象 根据强化机理可分为无序固溶体和有序固溶体 固溶强化的特点： （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； （3）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 多晶体金属的晶粒通常是大角度晶界，相邻取向不同的的晶粒受力发生塑性变形时，部分晶粒内部的位错先开动，并沿一定晶体学平面滑移和增殖，位错在晶界前被阻挡，当晶粒细化时，需要更大外加力才能使材料发生塑性变形，从而达到强化的目的。 霍尔-佩奇公式：σs=σ+Kyd-1/2 ;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： ;（2）加工硬化 定义：金属经冷加工变形后，其强度、硬度增加、塑 性降低。 单晶体的典型加工硬化曲线：τ~θ 曲线的斜率θ=d τ/d θ称为“加工硬化速率” ; ·曲线明显可分为三个阶段： I．? 易滑移阶段：发生单滑移，位错移动和增殖所遇到的阻力很小，θI 很低，约为10-4G数量级。 II．线性硬化阶段：发生多系滑移，位错运动困难，θII 远大于θI 约为 G/100—G/300 ，并接近于一常数。 III．抛物线硬化阶段：与位错的多滑移过程有关，θIII 随应变增加而降低，应力应变曲线变为抛物??。;4、沉淀相颗粒强化 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体相中时，将产生显著的强化作用，通常将微粒分成不可变形的和可变形的两类。 （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;强化作用主要决定于粒子本身的性质以及其与基体的联系，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。 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。 在实际合金中，起主要作用的往往是1~2种。 ·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（位错绕过机制） ·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（在同样的体积分数时，粒子越小则粒子间距也越小）或提高粒子的体积分数，都使合金的强度提高。 ;（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纤维强化； ②—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； ③ 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． ;二、高聚物的强化原理 高聚物的强化方法： （1）引入极性基 链上极性部分越多，极性越强，键间作用力越大； （2）链段交联 随着交联程度的增加，交联键的平均距离缩短，使材料的强度增加； （3）结晶度和取向 高聚物在高压下结晶或高度拉伸结晶性高聚物，可使材料的强度增加； （4）定向聚合。;一、金属材料的韧化原理 改善金