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  1. 位错的固溶强化的原理?

1、位错的固溶强化的原理?

金属的强化是指通过合金化、塑性变形、热处理等手段提高金属材料的强度。金属的实际强度只有理论强度的几十分之一,甚至几千分之一。为了提高金属的强度,常用的强化方法有形变强化、固溶强化、第二相强化、析出强化。

1、 形变强化

随变形程度的增加,材料的强度、硬度升高,塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。

随塑性变形的进行,位错密度不断增加,导致位错运动时的相互作用增强,位错运动阻力增大,变形抗力增加,从而提高金属的强度。

变形程度增加,位错密度不断增加,根据公式Δσ=αbGρ1/2 ,强度与位错密度(ρ)的二分之一次方成正比,位错的柏氏矢量(b)越大强化效果越显著。

通常采用冷变形(挤压、滚压、喷丸等)的方法进行强化。形变强化是强化金属的有效方法,尤其对于一些不能用热处理强化的材料;还可以使金属均匀变形,提高零件或构件在使用过程中的安全性。

形变强化也给材料生产和使用带来麻烦,变形使强度升高、塑性降低,需要进行再结晶退火,增加生产成本。

2、 固溶强化

固溶强化的实质是将合金元素溶入基体相中形成固溶体,由于两者原子半径的差异及晶格改变造成内部晶格畸变,使金属的强度、硬度升高,塑性、韧性下降。

固溶强化的机理一是溶质原子使固溶体的晶格发生畸变,对滑移面上运动的位错有阻碍作用;二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用,增加了位错运动的阻力;三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。

在固溶体溶解度范围内,合金元素的质量分数越大,则强化作用越大;溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大,强化效果越显著;形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素;溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大,则强化作用越大。

固溶强化通常采用的方法是合金化,即加入合金元素。

3、第二相强化

第二相强化一般指各种化合物质点。通过各种手段使第二相质点弥散分布,可以阻碍合金内部的位错运动,从而提高屈服强度和抗拉强度。目前工业上使用的合金大都是复相或多相合金,其显微组织为在固溶体基体上分布着第二相(过剩相)。

钢中第二相的形态主要有三种,即网状、片状和粒状。网状特别是沿晶界析出的连续网状Fe3C,降低的钢机械性能,塑性、韧性急剧下降,强度也随之下降。

第二相为片状分布时,片层间距越小,强度越高,塑性、韧性也越好。第二相为粒状分布时,颗粒越细小,分布越均匀。

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