材料力学性能10

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材料基本强化机制2.细晶强化第三章材料变形抗力与强化机制

低碳钢的σs与晶粒直径的关系Hall-Petch关系

Hall-Petch关系的推导:

(扣除位错滑移阻力

i

)(单晶体

)(多晶体

)讨论：(1)

i、k的物理意义？(2)细晶强韧化机制？(3)适用范围？dc,nm纳米晶材料中位错运动机制的变化习题四：试对比分析单晶体与多晶体的塑性变形临界条件，基于位错理论推导Hall-Petch公式并举例说明其工程意义与适用范围。

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材料基本强化机制3.固溶强化Cu-Ni合金固溶强化(1)固溶强化现象铁素体的固溶强化Al-Mg合金应力-应变曲线溶质原子的加入提高材料的屈服强度

s和应力水平,同时加工硬化率d

/d

不同程度增大。固溶强化现象(2)固溶强化规律①一般稀固溶体屈服应力：②固溶强化与溶质极限溶解度(固溶度)显著相关；溶质原子不同，强化效果不同；溶质原子浓度越高，强化作用越大，低浓度时效果更明显。溶质原子与基体原子的尺寸相差越大，效果越明显。间隙式溶质元素比置换式溶质元素固溶强化作用更大。溶质原子与基体原子电负性差别越大，固溶强化作用越大。固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用阻碍了位错的运动。(3)固溶强化机理①弹性交互作用溶质原子均匀分布——长程弹性交互作用Cottrell气团形成溶质原子气团钉扎位错螺型位错与周围的溶质原子作用，原子在沿x、y、z的三种面心位置上发生择优分布（应力感生有序），使系统能量降低。

Snoek气团②电交互作用③化学交互作用面心立方晶体中的扩展位错④几何交互作用⑤改变基体键合强度导致点阵阻力变化弹性交互作用强，但对温度敏感，常温下作用大；电学和化学交互作用较弱，但对温度不敏感，高温下作用大。强化效果大的溶质元素固溶度低；多元微合金化，非单个元素强化的加和。

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材料基本强化机制4.第二相强化(1)第二相分布类型集聚型分散型单相合金可借固溶强化提高强度，但提高程度有限。通常使用的材料大多是两相或多相合金。第二相来源：可通过相变热处理(沉淀相或析出相)或粉末冶金方法(弥散相)获得。(2)集聚型第二相强化如果两相都具有较好塑性，则合金变形阻力取决于两相的体积分数。可按等应变理论或等应力理论计算的平均流变应力或平均应变。等应变理论假定塑性变形过程中两相应变相等，合金产生一定应变的流变应力为：

σ=f1σ1+f2σ2

式中f1和f2为两相的体积分数。当第二相流变应力高于基相(σ2=σ1+Δσ)时,σ=f1σ1+f2(σ1+Δσ)

=σ1+f2Δσ,材料得以强化。等应力理论假定两相所受的流变应力相等，平均应变为：

ε=ε1f1+ε2f2

当第二相的应变小于基相应变(ε2=ε1f-Δε)时，

ε=ε1f1+(ε1f-Δε)=ε1-Δε,材料得以强化。

如果第二相为硬脆相，则合金性能除与两相相对含量有关外，很大程度上取决于硬脆相的形状与分布。如果硬脆相呈连续网状分布于基相晶界上，则基相受限不能变形，应力过大即沿晶界断裂。塑性变差，甚至强度也随之下降。如果硬脆相成片状分布于基相，因变形主要集中在基相，而位错受片层厚度限制，移动距离很短，继续变形阻力加大，强度得以提高。片层越薄，强度越高