固溶强化
１、画出共析钢的等温“Ｃ”线，并标明淬火临界冷却速度
2、Fe-Fe 3C 相图左下角部分画出并标明各点碳质量分数、温度、淬火加热温度范围和A 1,A 3,Acm 线 Vk
A1
lg t 1题图 133t/ns 2
1. 金属的常见的晶体结构有 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
21．常用的三种硬度表示为（HB ）（HR ）（HV ），其中洛氏硬度的测量有效范围是（20～67HRC ）。
1、布氏硬度可用于测量正火件、回火件和铸件。 对√
２、洛氏硬度计HRC 对零件的硬度值有效测量范围是20－67HRC 。 对√
3、共析反应是一种固相在恒温下形成两种新固相的反应。 对√
１、写出图1钢的“Ｃ”线1和2冷却速度下的转变产物。（1，5分；2；5分）
2、在Fe-Fe 3C 相图左下角部分画出亚共析钢和共析钢钢淬火加热温度范围线。（10分）
℃ ℃
Fe Fe 3C
ωc%
1题图 2题图
１、固溶强化： 固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
３、共析反应：在某一恒定温度时一定成分的固相有重新结晶，形成两个不同的机械混合物。
相： 化学成分相同，晶体结构相同，并与其它有界面分开均匀的区域
0.02%
0.77% 2.11% 0.0008%
合金：一种金属与另外金属或非金属材料通过熔炼或烧结构成具有金属性质的新金属材料
四、分析题（25分）（每题5分）分析下列材料强化方法的强化机理
1、细晶强化：晶界增加提高强度5分
2、热处理强化改变组织结构提高强度5分
3、固溶强化晶格变形提高强度5分
4、合金强化固溶强化和碳化物强化5分
5、加工硬化位错增加提高强度5分
1.实际金属的晶体缺陷有点线面。
2.二元合金基本相图是匀晶共晶包晶。
二、7. 金属中常见的三种晶格体心，面心，密排六方。
一．名词解释题
间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。
同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。
共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。
晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。
固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。
形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。
二．判断正误并加以改正
1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳）
改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。
4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳）
改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。
5、单晶体必有各向异性。（√）
10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√）
11、铁素体是置换固溶体。（╳）
改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。
12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√）
13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳）
改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。
14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√）
24、无限固溶体必是置换固溶体。（√）
25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳）
改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。
30、凡单相固溶体均能进行形变强化。（√）
33、凡间隙固溶体必是有限固溶体。（√）
34、珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越差。（╳）
改正：珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越好。
38、金属是多晶体，因而绝对不可以产生各向异性。（√）
42、金属凝固时，过冷度越大，晶体长大速度越大，因而其晶粒粗大。（╳）改正：金属凝固时，过冷度越大，晶体长大速度越大，因而其晶粒细化。
52、纯铁在室温下的晶体结构为面心立方晶格。（╳）
改正：纯铁在室温下的晶体结构为体心立方晶格。
58、间隙固溶体的溶质原子直径小，其强化效果远比置换固溶体差。（√）
59、硬铝合金经固溶处理后，强度明显提高。（√）
61、纯金属都是在恒温下结晶的。（√）
62、所谓白口铸铁是指碳全部以石墨形式存在的铸铁。（╳）
改正：所谓白口铸铁是指碳主要以渗碳体形式存在的铸铁。
63、白口铸铁铁水凝固时不会发生共析转变。（╳）
改正：白口铸铁铁水凝固时会发生共析转变。
68、金属中的固态相变过程，都是晶粒的重新形核和长大过程。（√）
69、位错的滑移可沿晶体中的任意面和任意方向进行。（╳）
改正：位错的滑移可沿晶体中一定的晶面和方向进行。
71、在共析温度下，奥氏体的最低含碳量是0.77%。（╳）
改正：在共析温度下，奥氏体的最低含碳量是0。
73、合金的强度和硬度一般都比纯金属高。（√）
74、白口铸铁在室温下的相组成都为铁素体和渗碳体。（√）
75、过共析钢的平衡组织中没有铁素体相。（╳）
改正：过共析钢的平衡组织中有铁素体相。
89、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。（√）
90、位错的滑移是金属进行塑性变形的唯一方式。（╳）
改正：位错的滑移是金属进行塑性变形的主要方式。
三．选择正确答案
3、金属的塑性变形主要是通过下列哪种方式进行的（ C ）
A、晶粒的相对滑动
B、晶格的扭折
C、位错的滑移
D、位错类型的改变
9、某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ C ）
A、时效强化
B、固溶强化
C、形变强化
D、热处理强化
10、在Fe-Fe3C合金中，其平衡组织中含有二次渗碳量最多的合金的含碳量为（D ）
A、0.0008%
B、0.021%
C、0.77%
D、2.11%
14、下列二元合金的恒温转变中，哪个是共析转变（ C ）
A、L+α→β
B、L→α+β
C、γ→α+β
D、α+β→γ
21、过共析钢的退火组织是（ C ）
A、F+Fe3CIII
B、F+P
C、P+Fe3CII
D、P+Fe3CIII
32、钢中的二次渗碳体是指从（ B ）中析出的渗碳体
A、从钢液中析出的
B、从奥氏体中析出的
C、从铁素中析出的
D、从马氏体中析出的
33、碳钢的下列各组织中，哪个是复相组织（A）
A、珠光体
B、铁素体
C、渗碳体
D、马氏体
34、能够无限互溶的两组元素所构成的二元合金相图必定是（A）
A、匀晶相图
B、共晶相图
C、包晶相图
D、共析相图
56.对纯金属而言,下列说法哪个是错误的（A）
A,不会在恒温下结晶 B.不会发生相变
C.都能进行形变强化
D.都能进行时效强化
四.填空题
1.在Fe-Fe3C合金中,含有二次渗碳体最多的合金是含碳为
2.11 %的钢,其二次渗碳体的最大含量为
22.64 %.
10.金属结晶时晶粒的大小主要决定于其形核率和晶核的长大速度,一般可通过增加过冷度法或变质处理
来细化晶粒
31.实际晶体中主要存在三类缺陷,其中点缺陷有空位和间隙原子等,线缺陷有位错,面缺陷有亚晶界等。
37.金属浇铸造时常采用的细化晶粒方法有两种,即变质处理和附加振动。
38.铁有三种同素异构体在912度以下时为体心立方结构,在912度以上,1394度以下时为面心立方结构,高于1394度而低于熔点时为体心立方结构
39.金属铸造锭的组织常分为三层,即外层的细晶区,次层的柱状晶区和中心的等轴晶区。
40.金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。
41.冷变形金属在加热时随加热温度的升高,其组织和性能的变化分为三个阶段,即回复，再结晶，晶粒长大。
42.在合金钢的组织中,常见的间隙固溶体有F 和A,常见的间隙相P和Ld ,常见的间隙化合物Fe3C 。
43.在Fe-Fe3C合金组织中，一次渗碳体是指从液体合金中析出的，二次渗碳体是指从A中析出的，三次渗碳体是指从 F 中析出的
44.在铁碳合金的平衡组织中,常见的三个单相组织为F ，A和Fe3C ，,常见的两个两组织为P，Ld 。
45.下列各材料的退火组织构成为:工业纯铁 F ,亚共析钢F+P ,过共析钢P+Fe3CⅡ,亚共晶白口铸铁P+Ld′+Fe3CⅡ，过共晶白口铸造铁为Ld′+Fe3CⅠ。
48.钢加热时奥氏体的形成分为三个阶段,依次为奥氏体晶核的形成及长大，残余渗碳体，奥氏体的均匀化。
52.钢的Ac3温度是指冷却时，不同含碳量的奥氏体中结晶出铁素体的开始线。
58.纯金属的晶格类型主要有体心立方晶格, 面心晶格和密排六方晶格三种
59.金属结晶的必要条件是一定的过冷度。
60.金属的塑性变形是在切应力作用下,主要通过滑移来进行的
61.金属中的位错密度越高,则其强度越高,塑性越差。
62.纯铁的熔点为1538度,则其再结晶温度为997 度,而其再结晶退火温度为1097 度。
64.所谓’相’是指合金中的晶体结构和化学成分相同的组成部分
65.合金中的基本相分为固溶体和金属化合物两类
66.按照溶质原子在溶剂中位置的不同,固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。
67.固溶体按溶解度大水不同分为有限固溶体和无限固溶体。
68.金属化合物根据其形成条件及结构特点分为正常价化合物，电子化合物及间隙化合物三类
69.钢中常见的化合物大多数属于正常价化合物,其共同的性能特点是熔点较高,硬度高,脆性大。
70.铁碳合金的基本相中,塑性最好的是A,强度最高的是P,硬度最高的是Cm 。
71.珠光体是指F 和Cm 所形成的两相组织,其形态一般是粗片状。
72.二次渗碳体只可能出现于碳含量大于0.77 %的钢中,其形态是网状
73.灰口铸造铁和白口铸铁的组织相比较,灰口铸造铁中不应有渗碳体组织,而白口铸铁中没有片状石墨组织
五.简答题
8.金属晶粒大小对金属的性能有何影响?说明铸造时细化晶粒的方法及其原理.
答：金属晶粒越细，金属的强度越高，塑性和韧性也越好，反之力学性能越差。
铸造时细化晶粒的方法有：
（1）增加过冷度：当过冷度增大时，液态金属的结晶能力增强，形核率可大大增加，而长大速度增加较少，因而可使晶粒细化。
（2）变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使金属结晶时形核率N增加，因而可使晶粒细化。
（3）振动处理：在金属结晶时，对液态金属附加机械振动、超声波振动或电磁振动等措施使已生长的晶粒因破碎而细化，同时破碎的晶粒尖端也起净核作用，增加了形核率，使晶粒细化。
10．画出Fe-Fe3C相图，注明各相区的相名称，指出奥氏体和铁素体的溶解度曲线.
答：书P16图1.2.16。
奥氏体和铁素体的溶解度曲线分别是：ES线、PQ线。
固溶体的强化作用
固溶体的强化作用 虽然纯金属在实际工业生产上得到了一定的应用，但是由于其强度一般都很低，如铁的抗拉强度约为200MPa，而铝的抗拉强度还不到100MPa，显然都不符合用作工业的结构材料。近年来，为了适应多方面的要求，各种新材料、新工艺不断出现，但是就目前来说，新材料的制造方法比较复杂，制备成本较高，市场应用不是特别广泛，所以，在今后很长一段时间之内，用的较多的仍然是一些传统材料。目前应用的金属材料大多数是合金，新材料的广泛应用还有一段时间。所以，对其研究仍有重大意义。 固溶体是几乎所有合金的基体相，固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随着溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般规律情况是：强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等。例如铜镍合金，其性能如图一。 通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所受到的阻力增大的缘故。固溶强化是材料的一种主要的强化途径。 实践证明，适当掌握固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，使其仍然保持相当好的塑性 和韧性。例如，向铜中加入19%镍，可使 合金的σb由220MPa升高至380 - 400MPa，硬度由HB44升高至HB70，而 塑性仍然保持Ψ=50%。数据结果如图一。 若将铜通过其他途径（例如冷变形时的加 工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将 接近完全丧失。十分明显，固溶强化是一 种极为优异的强化方式，因而在金属材料 的生产和研究中得到了极为广泛的应用，
固溶强化
固溶强化 目录 原理 Solid solution strengthening 融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。 影响因素 （1）溶质原子的原子分数越高，强化作用也越大，特别是当原子分数很低时，强化作用更为显著。 （2）溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。 （3）间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果，且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方晶体的；但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效果也有限。 （4）溶质原子与基体金属的价电子数目相差越大，固溶强化效果越明显，即固溶体的屈服强度随和金点子浓度的增加而提高。 程度 固溶强化的程度主要取决于两个因素：1. 原始原子和添加原子之间的尺寸差别。尺寸差别越大，原始晶体结构受到的干扰就越大，位错滑移就越困难。2. 合金元素的量。加入的合金元素越多，强化效果越大。如果加入过多太大或太小的原子，就会超过溶解度。这就涉及到另一种强化机制，分散相强化。3.间隙型溶质原子比置换型原子具有更大的固溶强化效果。 4.溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。 效果 1. 屈服强度、拉伸强度和硬度都要强于纯金属 2. 绝大部分情况下，延展性低于纯金属
3. 导电性比纯金属低很多 4. 抗蠕变，或者在高温下的强度损失，通过固溶强化可以得到改善
几个固溶强化合金的实例
几种以固溶强化为主要强化机制的合金 固溶强化是指合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。其原理在材料科学基础的各类教材中均有详细介绍，就不做赘述了，在此提供几种常见的固溶强化合金实例，让大家更好的了解这种强化机制，也便于将所学知识结合到材料科学的实际应用中。 1．微量Ag对铜合金性能的影响 Cu-Ag合金是典型的固溶强化型合金，在共晶温度(779℃)时银在铜中的溶解度可达8％。银分布在固溶体中，从而提高铜的强度和硬度，产生显著的固溶强化效应。一般说来，铜中加入合金元素，溶质原子溶入晶格后会引起晶体点阵畸变，这种畸变的晶格点阵对运动电子的散射作用也相应加剧。因此，固溶强化对铜的导电性和强度的效应是矛盾的。但银与可固溶于铜的其他元素不同，含银量少时，铜的电导率和热导率的下降不多，对塑性的影响也甚微，并显著提高铜的再结晶温度、蠕变强度和抗高温热低周疲劳。在相关文献中有介绍：在铜中加入0.2％-1％银后，导电率仍保持在100％IACS，形变强化后强度可达到400MPa以上：Cu-0.085％Ag经冷加工后，强度可达到420MPa，导电率为100％IACS，Cu-10％Ag经适当处理后，强度可达到1000MPa，导电率可达80％IACS。 2. 微量元素对Pt或Pt-Rh合金高温强度的影响 微量或少量元素对Pt 和Pt-Rh 合金的高温强度有明显的影响，溶质W、Mo、Ir、Ru、Os、Re 等内聚能很高，它们对Pt、Pd的强化效果很好，所有过渡族元素及Cu、Ag和Au在Pt中也有相当高的固溶度，特别是周期表中Pt附近的元素与Pt形成连续固溶体。在不甚高的温度范围内，这些元素对Pt均有不同程度的固溶强化作用。 3. V-4Cr-4Ti合金的氢致硬化 钒合金具有较强的吸氢能力，合金元素Ti能显著提高合金的吸氢量，在发生氢脆断裂的临界氢含量下，达到氢致脆性断裂之前，钒合金的氢致硬化是一种典型的固溶强化。这是因为H在合金中是非常容易扩散的，其可以与位错发生交互作用，从而提高合金的强度，并使合金的塑性降低。H引起合金的固溶强化，是使合金的晶粒强度升高。 而金属Ti是一种很好的吸气剂，在钒合金中，由于Ti对七种的间隙杂质原子
(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。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。 (3) 实例：ZG35CrMnSi钢强化工艺 工件铸造后经过完全退火,正火,再进行亚温淬火加高温回火热处理。该工艺处理的主要好处在于提高了本工件的强度和韧性。分析如下：亚温淬火在原奥氏体晶界上形成细小的奥氏体晶粒，奥氏体面积也变大了数倍；杂质在晶界偏析较少，可以细化晶粒和减少晶界偏析；加热温度较低，晶粒长大倾向小，实际晶粒较细；淬火时，马氏体被细化，而且细小晶粒的交界面曲折多弯，可以阻挡裂纹的扩展，两相区淬火时碳化物的析出过程及碳化物的形态不同于普通淬火，可减轻回火脆性提高冲击韧度同时亚温淬火采取水冷，冷速的提高也使晶粒得到细化。所以亚温淬火在保持抗拉强度不变的情况下，可提高冲击韧度。由于亚温淬火，存在一部分未溶铁素体，可以提高材料整体的塑性。由以上分析可知，ZG35CrMnSi钢强化手段主要有细晶强化，第二相强化和位错强化。 3 形变强化 （1）随着塑性变形量的增加，金属流变强度也增加，这种现象称为形变强化。形变强化亦称为冷变形强化、加工硬化和冷作硬化。 (2) 形变强化的机理是: 冷变形后金属内部的位错密度将大大增加, 且位错相互缠结并形成胞状结构(形变亚晶) , 它们不但阻碍位错滑移, 而且使不能滑移的位错数量剧增, 从而大大增加了位错滑移的难度并使强度提高。
铝及其合金的强化机制
铝及其合金的强化机制 因为是纯铝，不能进行热处理强化，就只能靠形变强化（冷变形），强化原理为冷变形后位错密度增加，且位错相互缠绕并形成胞状结构（形变亚晶），不但能够阻碍位错滑移，而且是不能滑移的位错数量增加。 1、热处理，使纯铝发生再结晶，这个原理是细晶强化，晶粒细小，金属的强度和塑性都得到提高； 2、锻造、挤压、拉拔等工艺造成加工硬化，原理是形变强化，形变造成位错密度增大，金属强度增大，但是塑性下降； 3、采用喷丸、喷砂等工艺对铝的表面进行加工，使其表面得到强化，即表面强化，铝的强度提高，但是塑性降低，其强化原理仍然是形变强化； 4、还有一类特殊的强化，即制备很细的铝晶须，铝晶须的强化很高，达到纯铝强度的10倍左右； 5、其他强化手段如固溶强化、沉淀强化、颗粒强化等都改变了铝的成分； 铝合金的强化方式主要有以下几种： 1．固溶强化 纯铝中加入合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，起到固溶强化的作用，可使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。Al－Cu、Al －Mg、Al－Si、Al－Zn、Al－Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体，并且均有较大的极限溶解度（见表9-2），因此具有较大的固溶强化效果。 2．时效强化 合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变，所以其热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。3．过剩相强化 假如铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度，则在固溶处理加热时，就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称为过剩相。在铝合金中，这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位错运动，使合金强化，这称为过剩相强化。在生产中经常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多，分布越弥散，则强化效果越大。但过剩相太多，则会使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂，熔点越高，则高温热稳定性越好。 4．细化组织强化 许多铝合金组织都是由α固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合金的组织，包括细化α固溶体或细化过剩相，就可使合金得到强化。 由于铸造铝合金组织比较粗大，所以实际生产中经常利用变质处理的方法来细化合金组织。变质处理是在浇注前在熔融的铝合金中加入占合金重量2～3%的变质剂（常用钠盐混合物：2/3NaF+1/3NaCl），以增加结晶核心，使组织细化。经过变质处理的铝合金可得到细小均匀的共晶体加初生α固溶体组织，从而显著地提高铝合金的强度及塑性。
钢的强化机制
钢的强化机制 钢的强化机制可分为固溶强化机制、界面强化、弥散强化、析出强化及细晶强化。其中固溶强化是钢最重要的强化手段。本文以余瑞璜院士的“固体和分子经验电子论”和刘志林教授的“合金价电子结构”为理论工具,详细的计算了碳、硅、锰、钼、铜、铬、镍、钨八种元素的固溶强化数据。研究发现,碳元素的固溶强化增量随碳元素的含量的增加而线性增加;硅、锰、钼、铜、铬、镍、钨每种合金元素的固溶强化增量曲线都有一个转折点(固溶强化最佳点),在各自转折点以前和转折点以后每种合金元素的固溶强化增量都是随该合金元素的含量的增加而线性增加,但是在转折点以前和转折点以后固溶强化速率是不同的,在转折点以前的固溶强化速率大于在转折点以后的固溶强化速率;同时硅、锰、钼、铜、铬、镍、钨这七种合金元素的固溶强化速率又是不同的,在各自转折点(固溶强化最佳点)以前,固溶强化速率大小顺序是硅、钼、铬、镍、锰、铜、钨,硅的固溶强化速率最好,在各自转折点(固溶强化最佳点)以后固溶强化速率都变得较小。从而在电子结构层次上解释了固溶强化规律。 The strengthening mechanisms of steel include solution strengthening, boundary strengthening, dispersion strengthening, precipitation strengthening, and fine-grained strengthening and so on. The solution strengthening is the most important
intensification. In this paper the solution strengthening increments of carbon, silicon, manganese, molybdenum, copper, chromium, nickel, and tungsten are detailedly calculated with Academician Yu Ruihuang’s The Empirical Electron Theory of Solids and Molecules and P...
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
有色金属的强度一般较低。例如, 常用的有色金属铝、铜、钛在退火状态的强度极限分别只有80～100MPa 、220MPa 和450～600MPa 。因此, 设法提高有色金属的强度一直是有色冶金工作者的一个重要课题。目前, 工业上主要采用以下几种强化有色金属的方法。 1 固溶强化 纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。形成固溶体后基体金属的晶格将发生程度不等的畸变, 但晶体结构的基本类型不变。固溶体按合金组元原子的位置可分为替代固溶体和间隙固溶体; 按溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体; 按合金组元和基体金属的原子分布方式可分为有序固溶体和无序固溶体。绝大多数固溶体都属于替代固溶体、有限固溶体和无序固溶体。替代固溶体的溶解度取决于合金组元和基体金属的晶体结构差异、原子大小差异、电化学性差异和电子浓度因素。间隙固溶体的溶解度则取决于基体金属的晶体结构类型、晶体间隙的大小和形状以及合金组元的原子尺寸。纯金属一旦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。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。此外, 合金组元的溶入还将改变基体金属的弹性模量、扩散系数、内聚力和晶体缺陷, 使位错线弯曲, 从而使位错滑移的阻力增大。在合金组元的原子和位错之间还会产生电交互作用和化学交互作用, 也是固溶强化的原因之一。固溶强化遵循下列规律: 第一, 对同一合金系, 固溶体浓度越大, 则强化效果越好。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。第二, 合金组元与基体金属的 表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)
马氏体强化机制
2012春季学期 材料力学性能课程论文 院（系）材料科学与工程 专业材料科学与工程 学生唐骜 学号1091900101 班号0919001
铁碳马氏体的强化机制 唐骜 1091900101 摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。 关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效 1.马氏体概述 马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 2.马氏体相变特征 马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。 其主要特点有以下几点： （1）马氏体相变是无扩散相变。马氏体相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。 （2）产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘。 （3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。马氏体相变时在一定的
材料强化机制
材料的强化机制 材料的强化机制主要有以下四种，分别为固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。 （一）固溶强化 由于固溶体中存在着溶质原子，便使其塑性变形抗力增加，强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。 固溶强化的主要原因：一是溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，对在滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。 （二）细晶强化 一方面由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近；另一方面，由于各晶粒间存在着位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然要发生位错的相互交割，这两者均将大大提高金属材料的强度。显然，晶界越多，也即晶粒越细小，则其强化效果越显著，这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为晶界强化，也即细晶强化。（三）位错强化 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。 （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。 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。 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。 （学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报） （学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）
钢的强化机制主要有+固溶强化
1、钢的强化机制主要有固溶强化、位错强化、 细晶强化、沉淀强化。其中细晶强化 对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。 2、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织， 满足力学性能要求、 能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向 3、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主 要是指碳化物液析、碳化物带状、 碳化物网状。 4、选择零件材料的一般原则是满足力学性能要求 良好的工艺性能、经济性和环境协调性等其 它因素。 5、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E 点向左下方移动，例Mn、Ni 等元素； 凡封闭γ区的元素使S、E点向左上方移动， 例Cr、Mo等元素（写出2个）。S点左移意味 着共析碳含量降低。 6、QT600-3是球墨铸铁，“600”表示 抗拉强度不小于600MPa，“3”表示 延伸率不小于3% 7、H68是黄铜，LY12是硬铝，QSn4-3是锡青铜 8、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V 等， 这些元素的主要作用是细晶强化和沉淀强化。 9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程， 和钢的热处理最大的区别是没有同素异构转变。 1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。 答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。 2、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。 答案要点：S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 3、9SiCr钢和T9钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。 答案要点：Si是非K形成元素，能有效地强化铁素体，所以使钢在退火后硬 度偏高；Si提高碳活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时脱碳 倾向较大。 4、高锰钢（ZGMn13）在A cm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。 答案要点：高锰钢在A cm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中 合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得 了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金 度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。 5、4Cr13含碳量（质量分数）为0.4%左右，但已是属于过共析钢。