金属强韧化原理

1、1金属材料强韧化的目的和意义？目的：A.节约材料，降低成本，节约贵重的合金元素的使用，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命。B.希望所使用的材料既有足够的强度，又有较好的韧性，但通常的材料二者不可兼得。意义：在于理解材料强韧化机理、组织形态、微观结构与金属的强度、韧性之间的确切关系，以便找出适宜的冶金技术途径来提高金属的强韧性，使之达到新的水平或研究出新的高强韧性的金属。这是一个具有重大的理论意义和经济价值的研究开发领域。理解材料强韧化机理，掌握材料强韧化现象的物理本质，是合理运用和发展材料强韧化方法从而挖掘材料性能潜力的基础。2.金属材料强韧化的主要机制有哪些？1）物理强韧化：所谓物理

2、强韧化是指在金属内部晶体缺陷的作用和通过缺陷之间的相互作用，对晶体的力学性能产生一定的 ，进而改变金属性能。2）化学强韧化：化学强韧化是指是元素的本质决定的因素以及元素的种类不同和元素的含量不同造成的材料性能的改变。3）机械强韧化：就是除了结构、尺寸、形状方面的机械原因外，主要指界面作用造成的强韧化。4）复合组织强韧化：即两种或两种以上的金属组织复合在一起，其中有的组织强度比较高，有的组织韧性比较高，复合后起到了既提高强度有提高韧性的作用。3.如何理解强化和韧化的关系 强度是是在给定条件（温度/压力/应力状态/应变速率/周围介质）下材料达到给定变形量所需要的应力，或材料发生破坏的应力，研究变形

3、及断裂是研究强度的重要手段和过程。韧性是断裂过程的能量参量，是材料强度与塑性的综合表现，它是材料在外加负荷作用下从变形到断裂全过程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，则断裂韧性愈高。 一般情况下，材料的强度和韧性是不可兼得的，在提高金属材料强度的同时塑性必然会下降，反之，在改善金属的塑性的同时，强度也会下降。目前，晶粒细化是提高金属强韧化的有效方法，金属的晶粒变细后，强度提高，韧性又不显著降低。4.试举出3种最新强韧化技术方法的例子。1）细晶强化：它是常温下一种有效的材料强化手段。细化晶粒可以提高金属的强度，其原因在于晶界对位错的阻滞效应。金属的屈服强度与晶粒大小的关系满足Hall-Petch关

4、系：y=0+kdd-1/2 （s0和ky是两个和材料有关的常数，d为晶粒直径），但需要注意的是，在高温下，材料的晶粒越小，其高温强度越小；与常温下的情况正好相反。细晶强化的方法有：严重压缩变形，等通道角挤压，高压扭转等。2）形变强化：金属材料具有加工硬化的性能，形变后流变应力得到提高。形变强化是因为金属在塑性变形过程中位错密度不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，因而位错的运动越来越困难。加工硬化的途径有冷冲压，冷变形等。形变硬化不是工业上广泛应用的强化方法,它受到两个限制：a使用温度不能太高，否则由于退火效应，金属会软化；b由于硬化会引起金属脆化，对于本来就很脆的金属，一

5、般不宜利用应变硬化来提高强度性能3）控轧控冷和轧后直接淬火，为了进一步提高金属的强韧化水平，减少合金元素的含量，哈发展了控制轧制和控制冷却技术。4） “快速加热淬火”：该工艺是把钢件以较快的速度（200300C/min以上）加热至适当的奥氏体化温度，作短时保温后，获得细小的奥氏体晶粒，淬火后（此时马氏体晶粒相应细小）并回火。加热速度越快，奥氏体形成温度越高，则钢形成的奥氏体含碳量越低，淬火后的显微组织为含碳量较低的隐晶马氏体加均匀分布的细小粒状碳化物，回火后可获得比普通淬火要高的强度和韧度。所谓隐晶马氏体（又称隐针马氏体）是指组织呈非常细微的针状，采用光学显微镜无法辨别晶界的一种马氏体形态。这种马氏体多出现在感应加热淬火、高能束加热淬火中，其硬度比普通马氏体高23HRC。 对高碳铬钢（GCr15）进行快速加热淬火可同时提高强度和韧度。有资料介绍：GCr15钢采用快速加热淬火与普通加热淬火相比，强度提高了1.5倍，韧度提高了3倍。 渗碳钢经渗碳后采用快速加热淬火，可以在渗层获得细小的奥氏体晶粒和降低表层马氏体的含碳量以及减少残奥数量，从而提高强度和韧度。高碳钢及渗碳钢采用快速加热淬火能提高强度、韧度和疲劳寿命的原因是：热处理后获得了强韧兼优的组织形态。这种组织形态主要是：呈粒状、细小均匀分布的未溶碳化物、碳含量较低的隐晶马氏体以及含有适量均匀分布