粉末材料的孔隙性能与复合材料的强韧化

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1、粉末冶金原理主讲教师：施钢班级：09材料1、22011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

2、材料的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

3、状和分布等都对强化效果有影响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=(G·b2)/(2·σs)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

4、与基体的滑移面不重合时，会产生割阶;粒子的派-纳力τP-N高于基体等，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

5、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

6、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。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

7、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，新裂纹表面的形成都会吸收能量，从而提高材料的韧性。小结教学要求：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