金屬材料的強(qiáng)化方法細(xì)晶強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化固溶強(qiáng)化第二相強(qiáng)化形變強(qiáng)化

1、有色金屬的強(qiáng)度一般較低。例如 , 常用的有色金屬鋁、銅、鈦在退火狀態(tài)的強(qiáng)度極限分別只有 80～100MPa 、220MPa 和450～600MPa 。因此 , 設(shè)法提高有色金屬的強(qiáng)度一直是有色冶金工作者的一個(gè)重要課題。目前 , 工業(yè)上主要采用以下幾種強(qiáng)化有色金屬的方法。1 固溶強(qiáng)化純金屬由于強(qiáng)度低 , 很少用作結(jié)構(gòu)材料 , 在工業(yè)上合金的應(yīng)用遠(yuǎn)比純金屬廣泛。合金組元溶入基體金屬的晶格形成的均勻相稱為固溶體。形成固溶體后基體金屬的

2、晶格將發(fā)生程度不等的畸變 , 但晶體結(jié)構(gòu)的基本類型不變。固溶體按合金組元原子的位置可分為替代固溶體和間隙固溶體 ; 按溶解度可分為有限固溶體和無限固溶體 ; 按合金組元和基體金屬的原子分布方式可分為有序固溶體和無序固溶體。絕大多數(shù)固溶體都屬于替代固溶體、有限固溶體和無序固溶體。替代固溶體的溶解度取決于合金組元和基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)差異、原子大小差異、電化學(xué)性差異和電子濃度因素。間隙固溶體的溶解度則取決于基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型、晶體間隙的大

3、小和形狀以及合金組元的原子尺寸。純金屬一旦加入合金組元變?yōu)楣倘荏w , 其強(qiáng)度、硬度將升高而塑性將降低 , 這個(gè)現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的機(jī)制是 : 金屬材料的變形主要是依靠位錯(cuò)滑移完成的 , 故凡是可以增大位錯(cuò)滑移阻力的因素都將使變形抗力增大 , 從而使材料強(qiáng)化。合金組元溶入基體金屬的晶格形成固溶體后 , 不僅使晶格發(fā)生畸變 , 同時(shí)使位錯(cuò)密度增加?；儺a(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場交互作用 , 使合金組元的原子聚集在位錯(cuò)線周圍形

4、成“氣團(tuán)”。位錯(cuò)滑移時(shí)必須克服氣團(tuán)的釘扎作用 , 帶著氣團(tuán)一起滑移或從氣團(tuán)里掙脫出來 , 使位錯(cuò)滑移所需的切應(yīng)力增大。此外 , 合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力和晶體缺陷 , 使位錯(cuò)線彎曲 , 從而使位錯(cuò)滑移的阻力增大。在合金組元的原子和位錯(cuò)之間還會(huì)產(chǎn)生電交互作用和化學(xué)交互作用 , 也是固溶強(qiáng)化的原因之一。固溶強(qiáng)化遵循下列規(guī)律 : 第一, 對(duì)同一合金系 , 固溶體濃度越大 , 則強(qiáng)化效果越好。表1 列出了幾種普

5、通黃銅的強(qiáng)度值 , 它們的顯微組織都是單相固溶體 , 但含鋅量不同 , 強(qiáng)度有很大差異。在以固溶強(qiáng)化作為主要強(qiáng)化方法時(shí) , 應(yīng)選擇在基體金屬中溶解度較大的組元作為合金元素 , 例如在鋁合金中加入銅、鎂 ; 在鎂合金中加入鋁、鋅 ; 在銅合金中加入鋅、鋁、錫、鎳 ; 在鈦合金中加入鋁、釩等。第二 , 合金組元與基體金屬的表1 幾種普通黃銅的強(qiáng)度 ( 退火狀態(tài) ) 或是在固溶體基體上分布著第二相 ( 如復(fù)相黃銅、 α+β 型鈦合金、大多數(shù)

6、鋁合金和鎂合金以及各種軸承合金 ) 。這是因?yàn)檫@些合金不僅具有較高的強(qiáng)度 , 而且可以承受軋制、擠壓、拉拔和鍛造等各種形式的塑性加工。2 細(xì)晶強(qiáng)化有色金屬生產(chǎn)的第一道工序是熔煉和鑄造。熔煉的目的是合金化和精煉 , 鑄造的目的是獲得成分、組織、性能符合要求的具有一定形狀和尺寸的鑄錠 ( 或鑄件 ) 。鑄造過程是一個(gè)結(jié)晶過程, 液態(tài)金屬在冷凝過程中將通過形核和長大形成由許多晶粒組成的多晶組織。晶界上原子排列紊亂 , 雜質(zhì)富集 , 晶體缺

7、陷的密度較大 , 且晶界兩側(cè)晶粒的位向也不同 , 所有這些因素都對(duì)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生很大的阻礙作用 , 從而使強(qiáng)度升高。晶粒越細(xì)小 , 晶界總面積就越大 , 強(qiáng)度越高 , 這一現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。圖 2 表示了銅和鋁的屈服強(qiáng)度 σs 與亞晶尺寸之間的關(guān)系。細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)單相合金是指晶粒細(xì)化 , 對(duì)多相合金是指基體相晶粒細(xì)化和第二相細(xì)化。細(xì)晶強(qiáng)化遵循以下規(guī)律 : 第一, 金屬材料的強(qiáng)度與晶粒尺寸之間符合霍爾 2配奇公式 : , 式中, d 為晶粒平均