固溶体的强化作用ppt课件

1、.,金,属学,与热处理,之固溶强化,.,固溶体是几乎所有合金的基体相，固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随着溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般规律情况是：强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等。,固溶特点：,.,固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能，因此，各种金属材料总是以固溶体为其基体相。,在塑性韧性方面，如延伸率、断面收缩率和冲击功等，固溶体要比组成它的两个纯金属的平均值低，但比一般化合物要高得多。,综合性能好,.,固溶体,二,一,定 义,

2、分 类,按溶质原子位置,按 固 溶 度,按 溶 质 分 布,按 固 溶 度,.,定 义,固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。 这种相称为固溶体，这种组元称为溶剂， 其它的组元即为溶质。,.,分 类,固 溶 体 分 类,按 溶 质 分 布,按溶质原子位置,间隙固溶体,置换固溶体,缺位固溶体,按 固 溶 度,有限固溶体,无限固溶体,有序固溶体,无序固溶体,.,固溶强化,合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变，晶格畸变增大位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。,定

3、义,.,强化原因,一是:固溶体中溶质与溶剂的原子半径差，所引起的弹性畸变，与位错之间产生的弹性交互作用，对在滑移面上运动着的位借有阻碍作用； 二是:在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。,产生固溶强化的主要原因有二：,.,机 理,金属塑性变形机理,影响强化的因素,固溶强化机制,溶质原子与位错的交互作用,有序强化机制,一,二,三,.,金属塑性变形机理,固溶强化的作用在于增大金属塑性变形的抗力，当金属所受的应力大于超过其弹性极限后，金属就产生塑性变形。 金属产生塑性变形的主要方式是通过滑移的方式进行的，有的是通过孪生等其它方式进行。 应力超过晶体的弹性极限后，晶体层片之间相对滑移，就构成晶体的

4、宏观塑性变形。,.,固溶强化机制,溶质原子 与位错的 交互作用,有序强化机制,弹性交互作用,化学交互作用 和电化学交互作用,柯式气团,铃木气团,.,弹性交互作用,铃木气团,柯式气团,在正刃型位错线的上半部分晶格爱挤压而处于压应力状态，线的下半部分晶格受拉而处于拉应力状态。比溶剂原子大的置换原子及间隙原子往往扩散到位借线的下方受拉应力的部分，比溶剂原子小的置换原子扩散到线的上方受压应力的部分。这样，偏聚于位错周围的溶质原子好像形成了一个溶质原子“气团”，称为“柯式气团”。,铃木气团层错与溶质原子发生交互作用，使层错附近溶质原子浓度不同于基质内溶质原子浓度，这种现象称为铃木效应。当溶质原子偏聚在层

5、错附近，使其浓度大于基体中浓度时，即形成铃木气团。,斯诺克气团,.,化学交互作用和 电化学交互作用,电化学交互作用,化学交互作用,刃型位错压缩区原子间距小，电子密度大，电子能量增大，刃型位错拉伸区原子间距大，电子密度小，电子能量小。 压缩区电子流向拉伸区，压缩区带正电，拉伸区带负电，形成电偶极子。 高价原子进入拉伸区，低价原子进入压缩区。,位错进行交滑移时，在通过束集转移到新、旧滑移面的交线之后，要在新滑移面上滑移，由于溶质原子分布在滑移面上，在滑移面的某些区域或层错面上发生偏聚，会提高这些区域的层错能，使位错扩展困难，并使扩展位错难以滑移。从而增加了变形的阻力，提高了材料的属服强度。这是溶质

6、原子化学交互作用的结果。,.,有序强化机制,当有序固溶体加热至某一温度时，将转变为无序固溶体，而在缓慢冷却至这一温度时，又转变为有序固溶体，这一过程称为有序化，当无序龙东大道溶体转变有有序固溶体时，性能发生突变：硬度及脆性显著增加，而塑性和电阻显著降低。,因为相对于同样晶体形式的纯溶剂，它的柏氏矢量更大，位错组态更为复杂。因此位错运动的阻力也会相应增大。 无序固溶体中只有形成短程有序结构时，才能对固溶体起到强化作用。位错在固溶体的滑移系上运动，通过这些有序结构时，会遇到很大阻力，从而使材料得到强化。,.,影响强化因素,溶质原子分数,溶质原子溶入方式：间隙/置换,溶质与基体价电子数差,溶质与基体

7、原子尺寸差,合金元素含量-弥散,.,应 用,硅在铁素体中的固溶强化作用,硅固溶于铸铁中的作用,一,二,.,硅在铁素体中的固溶强化作用,在固态的铸铁中，硅几乎全部固溶于奥氏体和铁素体，不进入碳化物。硅原子与铁原子可以结合成具有强共价键的含硅铁素体，不仅促进铁素体形成，而且使铁素体强化的作用很强。,硅强化铁素体的作用很明显。硅含量的提高后，抗拉强度和硬度都随之提 高。但是，硅固溶强化的铁素体，抗拉强度和硬度的值仍明显地低于珠光体。,.,硅固溶于铸铁中的作用,溶入一些特殊材料，不仅使合金在抗拉强度、屈服强度和伸长率方面有良好的特性，而且在冲击韧性，疲劳特性等力学性能方面都有优越表现。如硅固溶于铸铁中的作用。,l 在球墨铸铁中，硅固溶于铁素体，有抑制珠光体、促进铁素体的作用，而且固溶于铁素体的硅能使铁素体强化。 l 硅固溶强化球墨铸铁，疲劳极限优于常规球墨铸铁。 l 在脆性转变温度以上，硅固溶强化的球墨铸铁的冲击韧度优于常规球墨铸铁。,.,结束语,固溶强化是强化金属的重要方法之一。 研究其变化规律也是对金属