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合金强化机制

来源:日照哈工大?????发布日期:2018-10-19 07:58:23???作者:日照哈工大?????

合金强化是一个比较大而广泛的概念,大致上可理解为在金属中加入合金元素,并提高合金的强度;具体说是提高金属抵抗范性形变能力的有效和常用方法。合金元素可以以多种形式存在于基体中:作为溶质原子在固溶体中无序分布,与溶剂原子组成有序结构,形成在结构与成分上与基体不同的弥散质点,并形成尺寸相当的复相混合物等;它们对位错运动的不同程度的阻碍作用是使合金获得高强度的直接原因。合金元素通过改变基体点阵类型,也能使基体晶粒细化,增大基体的淬透性,间接地提高合金的强度。不同种类的合金强化过程,有不同形式的强化机制。固溶强化溶解在固溶体中的合金元素引起的强化称为固溶强化

最基本的情况是合金元素的原子无序地分布在基体中,构成均匀的单相固溶体。由于合金原子与位错之间存在着力学的、化学的以及电学的相互作用,而相互作用能又是位错与溶质原子相对位置的函数,因此滑移面上的位错就如同处在混乱分布的大大小小的能峰与能谷之间,构成了位错滑移的障碍,全部相互作用的统计效果决定着驱使位错运动所必须的应力。碳在钢的马氏体中的作用可以作为这种机制的一个例子。若温度和时间条件允许,溶质原子趋向于扩散到能量最有利的位置,结果在位错周围会形成溶质原子气团,成为有成分偏聚的固溶体。在这种情况下,无论位错先从气团中挣脱出来再运动,还是拖着溶质原子气团一起运动,都需要外力做更多的功。这些过程与钢中的明显屈服点、应变时效和蓝脆现象有密切关系。

在合金中常常用弥散的第二相质点来提高强度,最高强度对应于第二相质点尺寸不大,且呈高度弥散分布的状态,这些第二相往往是金属化合物或氧化物,比基体硬得多。

如第二相质点是利用固溶体脱溶沉淀产生的,称沉淀强化在高强度铝合金、钢、镍基高温合金中广泛地应用着这种强化方法。

沉淀化机制与产生沉淀质点的时效处理有关(见固溶体的脱溶分解),典型的发展过程可描述如下。合金的起始强度相当于过饱和固溶体。沉淀初期新相与基体共格,尺寸很小而且弥散,屈服强度决定于位错切过沉淀相所需克服的阻力,包括共格应力、沉淀相内部结构和相界面效应等因素的贡献。随着新相的长大,以及界面和内部结构的变化,位错切割沉淀相质点逐渐困难。按奥罗万机制,当位错线能够达到的曲率半径与滑移面上粒子间距相当时,位错会以类似于弗兰克-里德源的形式绕过障碍粒子,而在第二相粒子上留下一个位错圈。这时质点间距成为控制屈服强度的主要因素,因而,在时效后期屈服强度有随时效时间延长而降低的现象

合金中的第二相质点还可以借助于内氧化、粉末烧结等方法引入,在技术上称为弥散强化。弥散硬化的质点常用高硬度氧化物。

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