材料的力学性能3.pptVIP

3.1.4第二相强化第二相强化理论RAL3.1金属与合金的强化与韧化由于第二相不同，产生强化的原因也不同。对于Al－Mg合金，沉淀相与基体的点阵常数相差很小，切过第二相的阻力主要来自表面能的增加。对于镍基高温合金，析出的γ′强化相是有序相，有相当大的畴界能，相对来讲，表面能的增加是次要的，畴界能的增加是引起强化的主要原因。对于Al－Cu合金，析出相使其周围产生强烈的共格畸变，其点阵常数相差12%，则析出相产生弹性应力场是位错运动的主要障碍，3、材料的强化与韧化RAL金属材料的主要失效形式：过量弹性变形；过量塑性变形；断裂；磨损；腐蚀。强度和韧性：是衡量结构材料的最重要的力学性能指标。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。3.1金属与合金的强化与韧化RAL3.1金属与合金的强化与韧化强化方法按实现工艺：加工硬化、热处理、TMCP、合金化按强化机制：固溶强化、细晶强化、沉淀强化、相变强化等RAL3.1.1均匀强化3.1金属与合金的强化与韧化RAL由于溶质原子与位错线的相互作用不同，位错线的运动方式有两种：(a)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”溶质原子分布较疏。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τ=F/bl或τ=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(a)；置换式固溶所引起的晶格畸变小，对称性高，属于(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。3.1.2非均匀强化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密度大大提高，使之结构与纯金属不同——非均匀强化的部分原因。非均匀强化类型：浓度梯度强化Cottrell气团强化Snoek气团强化静电相互作用强化Suzuki气团强化有序强化3.1金属与合金的强化与韧化RAL3.1.2非均匀强化浓度梯度强化晶格常数相互作用：溶质元素分布存在梯度→晶格常数存在梯度→提高位错运动阻力;弹性模量相互作用：溶质元素分布存在梯度→弹性模量不是常数→提高位错运动阻力;合金元素与位错间的弹性交互作用:存在合金元素分布梯度时的Cottrell气团强化.3.1金属与合金的强化与韧化RAL3.1.2非均匀强化Cottrell气团强化合金元素与位错之间存在交互作用-移至位错线附近-形成气团。位错周围合金元素的浓度与其他地方有所不同。由于这是一种稳定状态，若破坏这种状态，即位错运动时，只有增加外力才可能，故可以提高金属强度。3.1金属与合金的强化与韧化RAL3.1.2非均匀强化Cottrell气团强化形成Cottrell气团不需要很多的溶质原子。浓气团：这种在位错线张应力区（如正刃型位错，垂直于纸面一条位错)下边有一条间隙原子线，称为Cottrell气团的浓气团，即Cottrell气团变成饱和状态。这种浓气团强化效果大，并且受温度影响比较小。稀气团：当间隙原子(如C，N)在位错张应力区(如正刃型位错下边)呈Maxwell－Boltzmann分布时，换言之，位错线张应力区间隙原子浓度比较小，但比平均浓度高，这种状态称为稀气团。这种状态强化效果比浓气团强化效果差，并且受温度影响比较大。3.1金属与合金的强化与韧化RAL3.1.2非均匀强化Cottrell气团强化动态应变时效为应变时效的一种特殊情况，这种锯齿形曲线系因试样在试验中重复的屈服和时效引起。换言之，此种条件下作为形成Cottrell气团的C，N原子的扩散速度与位错线的运动速度相近，从而使得Cottrell气团在应变中不断形成与位错线挣脱C，N原子的钉扎，故在应力－应变曲线上表现出锯齿形。3.1金属与合金的强化与韧化RAL应变时效3.1.2非均匀强化Snoek气团强化体心立方金属中，间隙原子分布在八面体间隙位置。当有外力作用时，应变能较大的间隙原子将到应变能较小的位置上，以降低系统能量——局部有序化。强化作用与温度无关，而与溶质浓度成正比。常温下，对位错的钉扎虽然不亚于Cottrell气团，但溶质原子这种短程的