第二相强化ppt课件

1、第二相粒子强化,目录,第一节、第二相强化机理的分类 第二节、沉淀强化的机理 第三节、弥散强化的机理 第四节、第二相粒子强化的特点,第一节、第二相强化机理的分类,一、第二相强化的概念 第二相强化，是指弥散分布于基体的第二相粒子阻碍位错运动而引起的强化。 二、第二相粒子 沉淀相粒子：由合金时效析出的粒子。 弥散相粒子：人工加入的粒子（粉末冶金、内氧化法） 可变形粒子：位错可切过的粒子（欠时效和峰时效时析出的粒子） 不可变形粒子:位错不可切过的粒子（过时效析出的粒子、弥散相粒子,三、强化机理 1、沉淀相强化 ：指析出相引起的强化，主要指欠时效和峰时效引起的强化。 可变形粒子强化：位错切过第二相粒子所

2、引起的强化作用。（切过机制）与粒子的特性有关。 2、弥散相强化：弥散相粒子产生的强化。 不可变形粒子强化：位错绕过第二相粒子所引起的强化作用。（绕过机制）与粒子的特性无关,第二节、沉淀强化的机理,可变形粒子强化） （1）、与基体共格 可变形粒子的特点 （2）、位错可以切过 与基体共格存在共格应变场共格应变强化,一、共格应变强化,可以把第二相粒子看成一个错配球，他会在集体中造成应力-应变场，与位错产生交互作用,讨论第二相粒子与位错的交互作用， 可以得到临界切应力分量： 可见，随着共格应变和体积分数的增大，沉淀强化效果不断增强,二、化学强化作用,化学强化作用着眼于位错切过第二相粒子后形成新界面所引

3、起的强化。 化学强化机制对于薄片状析出比较重要，因为位错切过会引起较大的表面积增量,化学强化所引起的临界切应力（增量）可以表达为,三、有序强化,位错切过有序相粒子， 产生APB（反相畴界）， 使系统能量升高而造成强化。 沉淀相为金属间化合物，呈现有序点阵结构，且与基体保持共格关系。 有序强化所引起的临界切应力（增量）为,四、模量强化,第二相粒子的弹性模量与基体的弹性模量不同，使位错切过粒子时自身的能量发生变化，从而引起的强化效应，称之为模量强化。 位错进入硬粒子时能量升高，进入软粒子时能量降低。 模量强化所引起的临界切应力（增量）为,这种强化机制在Al-Li合金中起到重要作用,五、层错强化,第

4、二相粒子的层错能与基体的层错能不同时，会引起扩展位错能量的改变，产生运动的阻碍。这种强化效果称之为层错强化。 当沉淀相粒子中的层错能远小于基体中的层错能时，会产生临界切应力（增量）为,层错强化主要适应于：1、密排点阵，易形成扩展位错； 2、沉淀相粒子与基体之间的层错能差异较大,六、派纳（P-N）力强化第二相粒子的P-N力大于与基体的P-N时，则必然会增大位错运动的阻力，称这种强化机制为P-N力强化。 P-N强化所引起的临界分切应力（增量）为,即强化效果正比于沉淀相与基体的强度差,小结,1、总体上来说，以上六种强化为可变形粒子有可能引起的基本强化机制。对于不同体系而言，可能是其中的一种或两种起作

5、用。而且体积分数越大，尺寸越大，强化效果越明显。 2、一般来说共格强化起主要作用。但是，也有些例外的情况。 例如， Al-Li合金中，由于相非常细小，共格应变强化效果很小。此时有序强化和模量强化占主导作用,第三节、弥散强化机制,不可变形粒子强化机制） （1）弹性模量远大于基体的弹性模量 不可变形粒子的特点 （2）和基体非共格 这个特点决定了位错只能绕过第二相，且阻力主要来源于： 1、位错弓弯所需的力。 2、加工硬化率的明显增加； 3、第二相粒子与基体的变形的不协调（辅助作用,一、不可变形粒子的强化作用 不可变形的粒子对位错的阻碍作用如下图所示,当运动位错与其相遇时，将受到粒子的阻挡，使位错绕线

6、绕着它发生弯曲。随着外加应力的增大，位错线受阻部分的弯曲加剧，一直围绕着粒子的位错线在左右两边相遇，于是正负位错彼此抵消，形成包围着粒子的位错环留下，而位错的其余部分则越过粒子继续移动。显然，位错按这种方式移动时受到的阻力是很大的，而且每个留下的位错环要作用位错源-反向应力，故继续变形时必须增大应力以克服此反向应力，使流变应力迅速提高,二、 Orawan公式（奥罗万公式） 根据位错理论，迫使位错弯曲到曲率半径为R时所需的切应力 = 。 此时由于R=/2，所以位错线弯曲到该状态所需的切应力 = 。 这是一个临界值，只有外加应力大于此值时，位错才能绕过去。由上式可见，不可变形粒子的强化作用于粒子间

7、距成反比，即粒子越多，粒子间距越小，强化作用越明显。因此，减少粒子的尺寸（在同样的体积分数时，粒子越小，则粒子间距也越小）或提高粒子的体积分数都会导致合金强度的提高,第四节 第二相粒子强化的特点,一、第二相粒子强化对材料塑形的影响。 1、 可变形粒子对材料塑形的影响。 2、不可变形粒子对材料塑形的影响。 二、第二项强化机制的利用 1、可变形粒子的强化（沉淀强化） 2、不可变形粒子的强化（弥散强化,1、可变形粒子对材料塑形的影响,1）屈服强度明显提高 析出相沉淀于位错线上，给位错启动造成阻力，从而使临界切应力提高，切过机制造成的临界切应力提高。 （2） 下降 i、位错切过阻力逐渐降低 ii、沉淀

8、相粒子使位错平面塞积的可能性降低。从而造成加工硬化率降低。 上述两个特点造成均匀延伸率降低： 由于粒子很细小，且与基体共格； 所以，可变形粒子强化对局部延伸率影响不大。 总的来说，使材料塑形迅速下降,2、不可变形粒子对材料塑形的影响。 i、为错绕过阻力逐渐升高； ii、第二相粒子使位错平面塞积的可能性增大。 从而使均匀延伸率升高； 由于粒子与基体结合性不好，使局部延伸率降低； 总体来说，使材料塑性比固溶体下降，但比欠时效和峰时效塑性高,二、第二项强化机制的利用,1、可变形粒子的强化（沉淀强化） 最主要的就是增加析出相的体积分数。 i、增加溶质原子的过饱和度 （1）提高固溶温度，增加淬火速度；

9、（2）快速凝固（从液相中）； （3）利用同素异构转变（奥氏体淬火成过饱和马氏体）。 ii、选用适合的时效工艺 （1）形变时效形成高密度位错，使析出相在位错处形核； （2）分级时效先在低温下形成高密度晶核，高温下在生长,2、不可变形粒子的强化（弥散强化） 强化效果好 相同体积分数时，比可变形粒子的强化率高的多。 体积分数小于1%时，细小弥散的硬粒子也能达到强化效果。 但是总会导致材料的早期失效：主要原因在于粒子太大，分布不均匀。 改善方法是细化粒子，分散粒子。 i、提高过饱和度，以便析出大量的金属间化合物； ii、粉末冶金加变形； iii、采用纳米粒子,例如，马氏体时效钢是目前强度最高的金属（4GPa），原因何在？ 成分Fe-18Ni-10Mo-Co合金，C0.02%(越少越好）； 基本组织：板条马氏体（尺寸细小的板条，内部为高密度位错）； 为高过饱和固溶体，时效析出Ni