2.1固溶強化:
少是純金屬,一般都要合金化。合金化的主要目的之一是產(chǎn)生固溶強化,另外,也可能產(chǎn)生沉淀強化、細(xì)化晶粒強化、相變強化和復(fù)相強化等,這要看合金元素的作用和熱處理條件而定。合金元素對基體的固溶強化作用決定于溶質(zhì)原子和溶劑原子在尺寸、彈性性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和其他物理化學(xué)性質(zhì)上的差異,此外,也和溶質(zhì)原子的濃度和分布有關(guān);固溶強化的實現(xiàn)主要是通過溶質(zhì)原子與位錯的交互作用。這些交互作用可分為四種:①溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用;②電學(xué)交互作用;③化學(xué)交互作用;④幾何交互作用。
2.2形變強化:
隨著塑性變形(或稱范性形變)量增加,金屬的流變強度也增加,這種現(xiàn)象稱為形變強化或加工硬化。形變強化是金屬強化的重要方法之一,它能為金屬材料的應(yīng)用提供安全保證,也是某些金屬塑性加工工藝所必須具備的條件(如拔制)。可以證明,在拉伸過程中,縮頸開始發(fā)生時的最大均勻形變量在數(shù)值上就等于材料的“形變強化指數(shù)”。同時,人們把開始形成縮頸時的強度命名為抗拉強度,也就是材料在塑性失穩(wěn)時的流變強度。
形變強化是位錯運動受到阻礙的結(jié)果。目前對金屬單晶體的形變強化機制已有一定了解,特別對面心立方純金屬研究較為深入。多晶金屬情況比較復(fù)雜,除晶界以外,晶粒取向也多種多樣,對其形變強化的細(xì)節(jié)至今還不很清楚。總之,形變強化決定于位錯運動受阻,因而強化效應(yīng)與位錯類型、數(shù)目、分布、固溶體的晶型、合金化情況、晶粒度和取向及沉淀顆粒大小、數(shù)量和分布等有關(guān)。溫度和受力狀態(tài)有時也是決定性的因素。
2.3沉淀強化與彌散強化:
過飽和固溶體隨溫度下降或在長時間保溫過程中(時效)發(fā)生脫溶分解。時效過程往往是很復(fù)雜的,如鋁合金在時效過程中先產(chǎn)生GP區(qū),繼而析出過渡相,最后形成熱力學(xué)穩(wěn)定的平衡相。細(xì)小的沉淀物分散于基體之中,阻礙著位錯運動而產(chǎn)生強化作用,這就是“沉淀強化”或“時效強化”。
為了提高金屬,特別是粉末冶金材料的強度,往往人為地加入一些堅硬的細(xì)質(zhì)點,彌散于基體中,稱為彌散強化。從彌散質(zhì)點引起強化這一點來說,沉淀強化與彌散強化并沒有大區(qū)別。但是,前一情況是內(nèi)生的沉淀相,后一情況為外加質(zhì)點;而且,在時效前期,沉淀相和基體之間往往保持共格或半共格關(guān)系,在每個細(xì)小沉淀物附近存在著一個較大范圍的應(yīng)力場,與位錯發(fā)生交互作用,產(chǎn)生十分顯著的強化作用。如果時效溫度提高或時間延長,則出現(xiàn)非共格產(chǎn)物,強化效應(yīng)下降,以致于合金強度降低,稱為“過時效”;最后產(chǎn)生平衡相。因為沉淀引起合金元素的貧化,此時合金材料的強度甚至低于固溶體狀態(tài)。彌散強化時,外加的質(zhì)點在高溫使用過程中也會聚集、長大以減少顆粒的表面能,同樣會引起軟化。
鏈接:金屬強化的機理與形式(一)
鏈接:金屬強化的機理與形式(三)