武汉理工-材料物理学课件3.ppt

1、第4章 材料强化,4.1概述,4.2力学实验与材料性能,4.4固 溶 强 化,4.3加 工 硬 化,4.5弥 散 强 化,4.6固态相变强化,2个学时,2个学时,2个学时,加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增值所引起的，所以能够产生加工硬化的材料必须是位错能够滑移的塑性材料,4.3加 工 硬 化,加工硬化主要是与金属和合金等塑性材料有关的概念。众所周知，金属的性能可以通过冷加工即在低温下使金属发生形变的方法来改变。,图4.19加工硬化产生原理,4.3加 工 硬 化,通过使金属发生塑性变形的方式，可以使其屈服强度增高。这就是所谓的加工硬化。,材料的屈服强度逐渐增高的同时，作为材料塑性指标的延伸

2、率逐渐降低。,4.3加 工 硬 化,一般情况下，未经历冷加工的金属材料中的位错密度约为106cm/cm3。相对来说，这样的位错密度还是很小的。,经过了冷加工的金属材料中的位错密度可增殖至1012cm/cm3 ，比初始的位错密度大近百万倍。位错密度越大，位错之间的相互作用也越大，对位错进行滑移的阻力也随之增大。这就是加工硬化的原理。,加工硬化的原理,4.3加 工 硬 化,Frank-Reed位错源,图4.20位错增殖示意图,4.3加 工 硬 化,利用加工硬化，可以在获得所需的金属材料的形状的同时，提高材料的强度。尤其是对于那些不能采用各种热处理强化方法的材料，如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等，

3、加工硬化方法显得更加重要。,利用各种材料加工技术，如轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等等，都可以达到利用加工硬化提高材料强度的目的。,4.3加 工 硬 化,图4.21冷加工或添加锌对铜的电导率和屈服强度的影响,4.3加 工 硬 化,陶瓷中也会有一些位错，所以也会出现很小程度的加工硬化。但是，陶瓷通常很脆，在低温时不可能发生明显的塑性变形，只有在高温下才会有塑性变形。,热弹性高分子材料在塑性变形时也会有硬化现象。但其原因不是加工硬化，而是长链分子发生了重新排列甚至晶化。,4.3加 工 硬 化,有时需要消除冷加工所产生的加工硬化。在这种情况下，可以对材料进行退火。 退火后的材料既可以保持冷加工后所得到

4、的精确尺寸和良好表面，又可以恢复材料的塑性。 退火后的材料可以继续进行冷加工。这样将冷加工与退火相结合，可以使材料的最终变形达到一个很大的值。,4.3加 工 硬 化,“相”指的是一种结构,在一个相中，结构或者原子排列处处相同，化学成分处处相同,相与周围环境或其他相之间一定存在明确的界面,4.4固 溶 强 化,无限固溶体,没有溶解度限制的固溶体 ，如镍铜。,有限固溶体,有溶解度限制的固溶体 ，如铜锌合金（黄铜）。,也有一些完全不能互相溶解的现象。例如，油和水就不能互相溶解。铜和铅也不能形成固溶体。,4.4固 溶 强 化,固溶体与混合物的区别,混合物中含有2种以上的相，混合物中的这些相依然保持自己

5、的特性,固溶体本身只是一个相，组成固溶体的各个组元都已经相互溶解，不再保持组元自己的特性。,混合物,固溶体,4.4固 溶 强 化,通过形成固溶体合金，可以实现固溶强化的目的。镍铜合金的强度大于纯铜。当锌的添加量少于30%时得到的铜锌合金，其强度也大于纯铜。,4.4固 溶 强 化,固溶强化的效果决定因素,1.溶剂原子和溶质原子的尺寸差别越大，固溶强化的效果越大,2.添加的合金元素越多，固溶强化的效果也越大。,4.4固 溶 强 化,图4.22各种合金元素对铜的屈服强度的影响,4.4固 溶 强 化,图4.23铜镍合金的力学性能,4.4固 溶 强 化,合金的屈服强度，抗拉强度，硬度等会超过纯金属。 几乎所有的合金的塑性都低于纯金属。但是，铜锌合金的强度和塑性都高于纯铜，这是一个例外。 合金的导电率大大低于纯金属。所