金屬材料的強化方法細晶強化沉淀強化固溶強化第二相強化形變強化

1、有色金屬的強度一般較低。例如 , 常用的有色金屬鋁、銅、鈦在退火狀態(tài)的強度極限分別只有 80～100MPa 、220MPa 和450～600MPa 。因此 , 設法提高有色金屬的強度一直是有色冶金工作者的一個重要課題。目前 , 工業(yè)上主要采用以下幾種強化有色金屬的方法。1 固溶強化純金屬由于強度低 , 很少用作結(jié)構(gòu)材料 , 在工業(yè)上合金的應用遠比純金屬廣泛。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 , 其強度、硬度將升高而塑性將降低 , 這個現(xiàn)象稱為固溶強化。固溶強化的機制是 : 金屬材料的變形主要是依靠位錯滑移完成的 , 故凡是可以增大位錯滑移阻力的因素都將使變形抗力增大 , 從而使材料強化。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 , 同時使位錯密度增加?；儺a(chǎn)生的應力場與位錯周圍的彈性應力場交互作用 , 使合金組元的原子聚集在位錯線周圍形

4、成“氣團”。位錯滑移時必須克服氣團的釘扎作用 , 帶著氣團一起滑移或從氣團里掙脫出來 , 使位錯滑移所需的切應力增大。此外 , 合金組元的溶入還將改變基體金屬的彈性模量、擴散系數(shù)、內(nèi)聚力和晶體缺陷 , 使位錯線彎曲 , 從而使位錯滑移的阻力增大。在合金組元的原子和位錯之間還會產(chǎn)生電交互作用和化學交互作用 , 也是固溶強化的原因之一。固溶強化遵循下列規(guī)律 : 第一, 對同一合金系 , 固溶體濃度越大 , 則強化效果越好。表1 列出了幾種普

5、通黃銅的強度值 , 它們的顯微組織都是單相固溶體 , 但含鋅量不同 , 強度有很大差異。在以固溶強化作為主要強化方法時 , 應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 幾種普通黃銅的強度 ( 退火狀態(tài) ) 或是在固溶體基體上分布著第二相 ( 如復相黃銅、 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 ) 。這是因為這些合金不僅具有較高的強度 , 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 細晶強化有色金屬生產(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 , 所有這些因素都對位錯滑移產(chǎn)生很大的阻礙作用 , 從而使強度升高。晶粒越細小 , 晶界總面積就越大 , 強度越高 , 這一現(xiàn)象稱為細晶強化。圖 2 表示了銅和鋁的屈服強度 σs 與亞晶尺寸之間的關系。細晶強化對單相合金是指晶粒細化 , 對多相合金是指基體相晶粒細化和第二相細化。細晶強化遵循以下規(guī)律 : 第一, 金屬材料的強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