材料力學(xué)性能11

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材料基本強化機制4.第二相強化(1)第二相分布類型集聚型分散型第三章材料變形抗力與強化機制單相合金可借固溶強化提高強度，但提高程度有限。通常使用的材料大多是兩相或多相合金。第二相來源：可通過相變熱處理(沉淀相或析出相)或粉末冶金方法(彌散相)獲得。(2)集聚型第二相強化如果兩相都具有較好塑性，則合金變形阻力取決于兩相的體積分數(shù)。可按等應(yīng)變理論或等應(yīng)力理論計算的平均流變應(yīng)力或平均應(yīng)變。等應(yīng)變理論假定塑性變形過程中兩相應(yīng)變相等，合金產(chǎn)生一定應(yīng)變的流變應(yīng)力為：

σ=f1σ1+f2σ2

式中f1和f2為兩相的體積分數(shù)。當(dāng)?shù)诙嗔髯儜?yīng)力高于基相(σ2=σ1+Δσ)時,σ=f1σ1+f2(σ1+Δσ)

=σ1+f2Δσ,材料得以強化。等應(yīng)力理論假定兩相所受的流變應(yīng)力相等，平均應(yīng)變?yōu)椋?/p>

ε=ε1f1+ε2f2

當(dāng)?shù)诙嗟膽?yīng)變小于基相應(yīng)變(ε2=ε1f2-Δ

)時，

ε=ε1f1+(ε1f2-Δ

)=ε1-Δ

,材料得以強化。

如果第二相為硬脆相，則合金性能除與兩相相對含量有關(guān)外，很大程度上取決于硬脆相的形狀與分布。如果硬脆相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于基相晶界上，則基相受限不能變形，應(yīng)力過大即沿晶界斷裂。塑性變差，甚至強度也隨之下降。如果硬脆相成片狀分布于基相，因變形主要集中在基相，而位錯受片層厚度限制，移動距離很短，繼續(xù)變形阻力加大，強度得以提高。片層越薄，強度越高；變形越均勻，塑性也越好，類似于細晶強化。如果硬脆相呈不連續(xù)等軸狀顆粒分布于基體相晶粒之間，則因基體連續(xù)，硬脆相顆粒對基體變形的影響大大減弱，強度下降，塑性、韌性得以提高。第三章材料變形抗力與強化機制

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材料基本強化機制4.第二相強化(3)分散強化組織特征：力學(xué)性能特點：分類：沉淀強化或時效強化彌散強化分散相形態(tài)及分布：f,r,

分散相類型：可變形粒子不可變形粒子1）不變形粒子的強化作用：當(dāng)移動的位錯與微粒相遇時，將因奧羅萬(Orowan,位錯繞過)機制而產(chǎn)生位錯增殖。位錯繞過時，既要克服第二相粒子的阻礙作用，又要克服位錯環(huán)對位錯源的反向應(yīng)力，而且每一個位錯繞過后都要增加一個位錯環(huán)。因此繼續(xù)變形必須增大外應(yīng)力，從而使流變應(yīng)力迅速提高。此圖為α黃銅中繞Al2O3粒子的位錯環(huán)的透射電鏡像。位錯繞過間距為λ的第二相微粒所需要的切應(yīng)力為：

τ=Gb/λ

式中G為切變彈性模量；b為柏氏矢量?？梢钥闯觯哼@種強化作用與第二相粒子的間距成反比。λ越小，強化效果越好。因此，減小粒子尺寸(增大粒子數(shù))或提高粒子體積分數(shù)(減小粒子間距)，都能使合金的強度提高。2）可變形粒子的強化作用：第二相為可變形微粒時，位錯將切過粒子使其與基相一起變形（位錯切過機制）。

位錯切過強化機制：

①點陣阻力增加；②若第二相粒子是有序相，位錯切過粒子產(chǎn)生反向疇界，增加反向疇界能；

③每個位錯切過粒子時，使其生成寬為b的臺階，需要增加表面能；

④第二相粒子彈性應(yīng)力場與位錯交互作用阻力；⑤第二相粒子彈性模量與基體相不同，引起位錯能量與線張力變化。在Ni-Cr-Al合金中位錯切過Ni3Al粒子的透射電鏡像時效強化曲線：不同強化機制導(dǎo)致強化峰值的出現(xiàn)

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材料基本強化機制5.形變強化(1)單晶體的形變強化單晶體切應(yīng)力-切應(yīng)變曲線單晶體單系滑移：導(dǎo)致晶面轉(zhuǎn)動多系滑移：位錯交互作用阻力增大位錯交滑移：越過障礙并相互抵消導(dǎo)致軟化(2)多晶體的形變強化(a)Al;(b)Cu變形特點：宏觀描述：微觀機制：(3)形變強化影響因素材料本性及點陣類型：晶粒大?。喝苜|(zhì)原子：第二相：溫度：同一合金體系中不同強化機制的作用？鏈條板的軋制材料為Q345（16Mn)鋼的自行車鏈條經(jīng)過五次軋制，厚度由3.5mm壓縮到1.2mm，總變形量為65%，硬度從150HBS提高到275HBS；抗拉強度從510MPa提高到980MPa；使承載能力提高了將近一倍。(4)形變強化應(yīng)用實例彈簧鋼絲的強化65Mn彈簧鋼絲經(jīng)冷拉后，抗拉強度可達2000~3000MPa,，比一般鋼材的強度提高4~6倍。高錳鋼的加工硬化高錳鋼（ZGMn13)屬于奧氏體鋼，熱處理不能強化，它的主要強化手段就是加工硬化。當(dāng)高錳鋼受到激烈摩擦或劇烈沖擊時，其表面部分就會產(chǎn)生微量塑性變形，隨之產(chǎn)生強烈的加工硬化，使其硬度和強度快速提高，從而能夠作為耐磨鋼使用。高錳鋼的加工硬化

高錳鋼的加工硬化

1.強化作用的疊加疊加模型：Hall-Petch公式：

s=

+Kyd-1/2

s=

1+固溶+沉淀+位錯+Kyd-1/2

1與溫度和形變速率有關(guān)。

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