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1、粉末冶金原理,主讲教师:施钢 班级:09材料1、2 2011年10月24日 厦门理工学院,第7章 粉末材料孔隙性能与复合材料的强韧化,粉末材料的孔隙度特性 孔隙度对性能的料性能的影响 弥散强化 颗粒强化 纤维强化 相变韧化 弥散韧化,教学要求、重点与难点,教学要求: 了解粉末材料的孔隙度特性及其对性能的料性能的影响 理解弥散强化、颗粒强化、纤维强化、相变韧化、弥散韧化 教学的重点:强化韧化方法,概述,粉末材料孔隙度特性,一般粉末冶金材料是金属和孔隙的复合体 残留孔隙度1%2% 为致密材料 10%半致密材料 16%多孔材料 孔隙是粉末冶金材料的固有特性 粉末材料孔隙度和孔径的测定 粉末多孔材料的
2、透气性能 粉末多孔材料的表面特性 粉末多孔材料的其他特性 多孔材料具有较大的比表面和优良的透过性能,以及易压缩变形、吸收能量好和质量轻等特性。,孔隙度对性能的料性能的影响,孔隙度显著影响粉末冶金材料的机械性能 物理性能 化学性能 工艺性能。 粉末冶金过程中,可对孔隙度、孔径及分布进行有效控制,并且可以在相当宽的范围内调整。,弥散强化,粒子增强复合材料 增强性复合材料:增强粒子的数量大于20% 弥散强化复合材料:含量较少时。 分类 通过相变(热处理)获得:析出硬化、沉淀强化或时效强化 通过粉末烧结或内氧化获得:弥散强化 强化效果 相粒子的强度、体积分数、间距、粒子的形状和分布等都对强化效果有影响
3、 第二相粒子强化比固溶强化的效果更为显著,弥散强化与颗粒强化强化机理,位错绕过机制(Orowan,奥罗万机制) 不易形变的粒子,包括弥散强化的粒子和沉淀强化的大尺寸粒子 位错切割机制 易形变的粒子,包括弥散强化的粒子和沉淀强化的大尺寸粒子,位错切过粒子的示意图,第二相粒子强化的最佳粒子半径 综合考虑切过、绕过两种机制,估算出第二相粒子强化的最佳粒子半径 rc=(Gb2)/(2s),弥散强化,切过粒子引起强化的机制 短程交互作用 位错切过粒子形成新的表面积,增加了界面能 位错扫过有序结构时会形成错排面或叫做反相畴,产生反相畴界能 粒子与基体的滑移面不重合时,会产生割阶; 粒子的派-纳力P-N高于
4、基体等,都会引起临界切应力增加 长程交互作用(作用距离大于10b) 由于粒子与基体的点阵不同(至少是点阵常数不同),导致共格界面失配,从而造成应力场,弥散强化,影响弥散强化材料强度的因素: 弥散相和基体的性质 弥散相的性质:弥散相粒子稳定,不长大 弥散相的粒度、含量、粒子间距(分布均性)、形状 弥散相与基体之们的作用 弥散相在基体中不溶解、不反应 基体与弥散相之间的界面能小 压力加工 生产方法 合理的合金成份,在一定范围内提高弥散相的含量,减小弥散相的粒度和粒子间距,使弥散相均匀分布于基体中,并采用大的加工形变。还要兼故其他性能,并考虑经济性和资源条件。,弥散强化,弥散强化材料的性能与应用 再
5、结晶温度高,组织稳定 屈服强度和抗拉强度高 随温度提高硬度下降少 高温蠕变性能好 疲劳强度高 高的传导性,颗粒强化,硬质合金:利用金属硬质化合物相的高硬度与金属的塑性的切削工具材料。 含钨硬质合金 无钨硬质合金:碳化钛基硬质合金,碳化铬硬质合金 钢结硬质合金,纤维强化,基体:将所受外力传递给增强纤维并为复合材料提供塑性和韧性。 增强纤维:承受主要外加载荷。应选强度和弹性模量都高于基体的纤维。 纤维和基体之间要有一定的粘结作用,基体受力通过界面传递给纤维。 但结合力不能过大,纤维失去拔出过程,易发生脆性断裂。 纤维的排布方向要和构件的受力方向一致,以发挥增强作用。 纤维和基体的热膨胀系数应相适应
6、。 纤维所占的体积百分比必须大于一定的体积含有率。 不连续短纤维必须大于一定的长度。,混合定律,纤维强化,影响纤维化材料强度的因素: 纤维和基体的性能 纤维的体积和尺寸 纤维的体积百分数 纤维的长度和直径 直径大,强度小 直径太小,易受损 纤维长度临界长度 纤维与基体金属的结合强度 纤维的分布和排列 复合方法,纤维强化,相变韧化和弥散韧化,韧化机理: 过程区域机理:包括相变韧化,微裂纹韧化,孪晶韧化 桥接区域机理:包括弥散韧化,晶须韧化,纤维韧化 相变韧化 材料在外力作用时,发生相的转变,吸收能量,从而提高材料的韧性。,相变韧化和弥散韧化,弥散韧化 当裂纹扩展过程中,裂纹遇到第二相粒子时会避开粒子而偏转,在弥散粒子之间走“之”字,裂纹形状和长度改变,新裂纹表面
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