工程材料的强化理论.pptx

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1、会计学1工程材料的强化理论工程材料的强化理论2第五章 工程材料的强化理论 第1页/共48页35.1形变强化 5.2固溶强化 5.3 第二相强化 5.4细晶强化 第五章 工程材料的强化理论 第2页/共48页4滑移滑移系5.1形变强化 单晶体的塑性变形过程和特点：金属单晶体抛光样品塑性变形后，表面形貌：平行线、台阶滑移和滑移带金属单晶体塑性变形的基本方式：滑移和孪生 第3页/共48页5滑移:晶体一部分在切应力作用下在某晶面上沿着一定晶体取向与对应部分产生相对滑动的现象5.1形变强化 临界分切应力：外力作用使滑移系上的晶体产生滑移变形的最小应力，取决于金属本性单晶体的屈服强度取决于临界分切应力和取向

2、因子第4页/共48页65.1形变强化 第5页/共48页7滑移的能量原理：金属塑性变形遵从能量最低原理。滑移只能从一定晶面和晶体方向上进行滑移面：原子排列最密排面。晶面间距最大，切变变形所需要的分切应力最小滑移方向：原子排列最密排方向。此时原子间距最小，原子滑移变形从一个稳定位置至下一个稳定位置所经距离最小，外力做功小滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系。一定条件下，金属滑移系越多，塑性越好5.1形变强化 第6页/共48页85.1形变强化 常见晶体结构中,那类金属的塑性变形能力最差？一般来说,面心立方金属较体心立方金属的塑性好,表明滑移系数量相同时,滑移方向数决定塑性变形能力 第

3、7页/共48页9刃位错的运动刃位错的运动螺位错的运动螺位错的运动混合位错的混合位错的运动运动滑移的本质：滑移的本质：是位错的运动。滑移是金属材料是位错的运动。滑移是金属材料塑性变形的主要方式塑性变形的主要方式 5.1形变强化 第8页/共48页10孪生条件:当金属中滑移系较少或晶体取向不利于滑移，位错不能开动时，可进行孪生变形。孪生过程：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面与晶向产生一定角度的均匀切变过程，导致变形孪生切应力远高于滑移临界分切应力，但变形速度快5.1形变强化 第9页/共48页115.1形变强化 变形孪生的观察：孪生变形改变晶体位向，产生取向差；以致电子显微分析明场像的取向衬度。第

4、10页/共48页125.1形变强化 多晶体的塑性变形特殊性各晶粒取向不同取向因子不同屈服应力不同屈服应力不同承载能力不同变形量不同试验表明，金属可产生一定的均匀变形而不断裂失效 第11页/共48页13多晶体的塑性变形特点不同时性不均匀性协调性只有处在有利位向（取向只有处在有利位向（取向因子最大）的晶粒的滑移因子最大）的晶粒的滑移系才能首先开动系才能首先开动每个晶粒的变形量各不每个晶粒的变形量各不相同，而且由于晶界的相同，而且由于晶界的强度高于晶内，使得每强度高于晶内，使得每一个晶粒内部的变形也一个晶粒内部的变形也是不均匀的。是不均匀的。多晶体的塑性变形是通过多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑

5、移来保证各晶粒的多系滑移来保证相互协调性。根据理论推相互协调性。根据理论推算，每个晶粒至少需要有算，每个晶粒至少需要有五个独立滑移系。五个独立滑移系。5.1形变强化 第12页/共48页14塑性变形对金属组织结构的影响1.形成纤维组织5.1形变强化 第13页/共48页152.形成形变织构塑性变形对金属组织结构的影响5.1形变强化 第14页/共48页162.形成形变织构塑性变形对金属组织结构的影响5.1形变强化 第15页/共48页173.亚结构细化4.点阵畸变严重随着变形量的增随着变形量的增加，位错交织缠加，位错交织缠结，在晶粒内形结，在晶粒内形成胞状亚结构，成胞状亚结构，叫形变胞叫形变胞第16页

6、/共48页18塑性变形对金属性能的影响5.1形变强化 各向异性：主要由于形成了纤维组织和变形织构形变强化：也称加工硬化。变形过程中，位错密度升高，导致形变胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用残余应力：变形不均匀性引起其他物理化学性能变化：电阻率增加、耐腐蚀性能下降、磁性能变化等 什么叫各向异性？举例说明什么是形变强化？产生形变强化的原因 第17页/共48页19冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 冷变形金属的稳定性：处于能量较高的亚稳定状态变形不均匀性导致残余应力不均匀分布冷变形金属加热后结构和性能变化在工程中的应用冷变形金属加热后，随加热温度升高发生回复、再结晶和晶粒长大过程

7、，最终冷变形组织消失。第18页/共48页20冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 回复：冷塑性变形金属在加热时，在光学显微组织发生改变前所产生 的某些亚结构和性能的变化过程亚结构变化：点缺陷密度下降；位错组态分布规则化，数量有所降低性能变化：大大降低残余应力、物理化学性能稳定化第19页/共48页21冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 再结晶：冷变形金属加热温度高于回复温度时，在变形组织的基体上产生新的无畸变晶核，并长大成等轴晶粒，逐渐取代全部变形组织的过程，称为再结晶最低再结晶温度：T再(K)=(0.350.5)Tm(K)第20页/共48页22冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 第2

8、1页/共48页23冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 再结晶晶粒大小控制：塑性变形程度：变形程度越大，再结晶晶粒尺寸越小变形温度：塑性变形温度高，变形能小，再结晶晶粒较粗大原始晶粒尺寸：始晶粒越细，再结晶晶粒越细杂质与合金元素：杂质一般起到细化晶粒的作用退火温度：变形相同时，再结晶退火温度越高，晶粒粗大异常再结晶：由于变形不均匀使再结晶形核长大过程不均匀，而产生异常长大，再结晶晶粒粗大。变形程度在临界变形度以下时，易于产生异常再结晶晶粒长大：再结晶完成后，继续保温晶粒会继续长大正常长大：均匀长大异常长大：由于杂质或第二相溶解，使部分晶粒无约束长大第22页/共48页24冷变形金属的回复与再结

9、晶5.1形变强化 异常再结晶晶粒长大第23页/共48页25冷变形金属的回复与再结晶5.1形变强化 根据回复再结晶原理，分析冷变形金属焊缝周围区域的组织结构和性能？第24页/共48页26金属的热加工冷加工：再结晶温度以下的塑性加工过程热加工：再结晶温度以上的塑性加工过程加工硬化和回复再结晶同时发生动态回复和动态再结晶5.1形变强化 第25页/共48页27改善铸态组织缺陷出现纤维组织可使铸态组织中的气孔、疏松及微裂纹焊合，提高金属致密度，某些高合金钢中的莱氏体和大块初生碳化物可被打碎并使其分布均匀等。在热加工过程中铸态金属的偏析、夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变形方向延展，在宏观工件上勾画出一个个线

10、条，这种组织也称为纤维组织。第26页/共48页28金属的热加工5.1形变强化 第27页/共48页29金属的热加工5.1形变强化 第28页/共48页305.1形变强化 5.2固溶强化 5.3 第二相强化 5.4细晶强化 第五章 工程材料的强化理论 第29页/共48页315.2固溶强化 实践观察Cu-Ni固溶体合金的力学性能（强度和塑性）随固溶度变化规律第30页/共48页325.2固溶强化 由于溶质原子造成了固溶体的点阵畸变，其应力场将与位错应力场发生弹性交互作用并阻碍位错运动，这是产生固溶强化的主要原因。固溶强化现象 溶质原子溶入金属基体而形成固溶体，使金属的强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降，

11、这一现象称为固溶强化。固溶强化原因第31页/共48页335.2固溶强化 固溶强化的主要影响因素 溶质原子浓度 溶质/溶剂原子尺寸差 溶质原子类型 溶质原子浓度越高，强化作用也越大 溶质溶剂原子尺寸相差越大，强化效果越显著 1.溶质原子造成球对称的点阵畸变，其强化约为G/102.溶质原子造成非球对称的点阵畸变，其强化约为G的几倍第32页/共48页345.1形变强化 5.2固溶强化 5.3 第二相强化 5.4细晶强化 第五章 工程材料的强化理论 第33页/共48页355.3 第二相强化 概念 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将阻碍位错运动,产生显著的强化作用 沉淀强化或时效强化 如果

12、第二相微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化 弥散强化第二相微粒是通过粉末冶金方法加入并起强化作用 第34页/共48页365.3 第二相强化 时效硬化合金的成分特点合金组元之间形成固溶体，固溶度较大固溶度随温度降低而显著减少第35页/共48页375.3 第二相强化 时效硬化合金：第二相形成固溶处理当含量大于B0的合金加热到略低于固相线的温度，使B组元充分溶解后，快速冷却，而形成亚稳定的过饱和固溶体 时效经固溶处理的合金在室温或一定温度下加热保持一定时间，使过饱和固溶体趋于某种程度的分解脱溶并生成第二相分布于基体中第36页/共48页385.3 第二相强化 时效的一般过程过饱和固溶体

13、过饱和固溶体饱和饱和1固溶体溶质富集区固溶体溶质富集区饱和饱和2固溶体亚稳相固溶体亚稳相饱和饱和固溶体平衡相固溶体平衡相组织结构变化：由单相固溶体（高固溶度）转变为弥散相固溶体（低固溶度）双相或多相组织时效过程中可能有多种亚稳相析出 时效工艺变化，时效析出相的大小、分布有所变化第37页/共48页395.3 第二相强化 时效状态与性能：时效合金的性能随时效状态而变化第38页/共48页405.3 第二相强化 根据固溶时效原理，分析时效合金焊缝周围区域的组织结构和性能？第39页/共48页41粉末冶金原理、工艺与强化机制 概念 利用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作原料，经过压制成型和烧结两个主

14、要工序来生产各种金属制品的方法粉末的制备、压制成型、烧结及后处理 工艺过程5.3 第二相强化 将细小、强硬的第二相颗粒与金属基体相均匀混合烧结成一体，以致第二相弥散于金属基体中，达到弥散强化的效果 强化机制第40页/共48页42粉末冶金工艺过程 5.3 第二相强化 第41页/共48页435.1形变强化 5.2固溶强化 5.3 第二相强化 5.4细晶强化 第五章 工程材料的强化理论 第42页/共48页445.4细晶强化 试验现象显微硬度测量：晶界硬度高拉伸形貌：晶界变形小，变形抗力大第43页/共48页455.4细晶强化 细晶强化特点材料的宏观强度与其晶粒尺寸的平方根成反比第44页/共48页465

15、.4细晶强化 晶粒大小对不同材料的强度的影响试验曲线第45页/共48页475.4细晶强化 细晶强化机制晶界强度高，晶粒细化，晶界增多，材料宏观强度升高强度。因此细晶强化也称晶界强化晶粒细化，在载荷相同时，每个晶粒所分担的载荷较小，因此在材料本征强度相同时，材料宏观强度高晶粒细化，当宏观变形相同时，每个晶粒的变形量较小，以致宏观材料受载变形断裂时吸收的外力做功更多，韧性高第46页/共48页485.4细晶强化 细化晶粒方法 1.对铸态使用的合金：合理控制冶铸工艺，如增大过冷度、加入变质剂、进行搅拌和振动等2.对热轧或冷变形后退火态使用的合金：控制变形度、再结晶退火温度和时间3.对热处理强化态使用的合金：控制加热和冷却工艺参数,利用相变重结晶来细化晶粒第47页/共48页49感谢您的观看。感谢您的观看。第48页/共48页