武汉理工-材料物理学课件4

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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4.5弥散强化如果材料中添加的合金元素太多，以致超过了其溶解度，就会出现第二相，形成两相合金。在这两种相之间的界面上的原子排列不再具有晶格完整性。在金属等塑性材料中，这些相界面会阻碍位错的滑移，从而使材料得到强化。这就是弥散强化的由来。所谓弥散强化，是指将多相组织混合在一起所获得的材料强化效应在弥散强化合金中，一定存在着一种以上的相，含量大的连续分布的相称为基体。而第二相则一般是数量较少的析出物

2、。4.5弥散强化基体与析出物之间的关系1．基体应该是塑性的，而析出物则应该是脆性的2．脆性的析出物应该是不连续分布的，而塑性的基体则应该是连续分布的3．析出物的尺寸应该小，数密度应该多5．析出物的数量越多，合金的强度越高4．析出物的形状应该是圆的，而不应该是尖的或针状的4.5弥散强化弥散强化合金中常常含有金属间化合物。所谓金属间化合物，是指两种或多种元素按一定比例形成的新相。金属间化合物具有一定的晶体结构和特定的性能。金属间化合物大都又硬又脆。非化学价金属间化合物的成分不像化学化合物那样严格，它可以在一定的范围内变化。非化学

3、价金属间化合物又称为金属间固溶体。4.5弥散强化图4.24金属间固溶体相图(a)Al-Sb相图;(b)Mo-Rh相图4.5弥散强化为了利用金属间化合物的高熔点、高硬度、抗氧化性以及抗蠕变性等性能，有些新材料本身就是全部由金属间化合物所组成的。金属间化合物中，有两个非常重要的材料。一个是TiAl，又称为γ合金。另一个是Ti3Al，又称为α合金。这两种金属间化合物的用途很广，例如可用于涡轮发电机和航天飞机。这两种金属间化合物都是有序化的晶体结构。4.5弥散强化利用共晶反应也能够获得弥散强化的材料在共晶反应中，会生成α相和β相两

4、种固相。这两个固相的化学成分由共晶反应线的两端来决定。α相的凝固会促进β相的凝固，而β相的凝固也会促进α相的凝固。这是共晶反应的一个重要特点。4.5弥散强化图4.25Sn-Pb相图4.5弥散强化含锡量为61.9%的锡铅合金是共晶合金。这一合金在183℃以上时为液相，液相的成分也为61.9%。当这一合金液相冷却到183℃时，开始发生共晶反应，也就是：含锡量为19%的α相+含锡量为97.5%的β相。含锡量为61.9%的液相共晶反应4.5弥散强化图4.26锡铅合金共晶组织示意图4.5弥散强化当锡铅合金的含锡量在19%~61.9%之

5、间时，该合金称为亚共晶合金。而含锡量在61.9%~97.5%之间时，则称为过共晶合金。4.5弥散强化图4.27Pb-Sn合金的成分和强化机制对抗拉强度的影响4.5弥散强化共晶反应应用陶瓷材料的制作共晶焊锡(共晶反应的具有很低的熔点)加快金属和陶瓷粉末之间的扩散连接或增大其烧结速率共晶合金4.5弥散强化不过，有时共晶反应却是不受欢迎的。由于共晶组织总是最后从液相中凝固出来的，它总是将初相包围起来。如果共晶组织是脆性的，那么即使共晶组织的数量非常少，它也会使得整个材料变脆。这种合金在变形时会沿着脆性的共晶组织发生断裂。Al2O3

6、的熔点很高，为2020℃，常用作盛放液态金属的耐火材料。CaO的熔点则更高，为2570℃。但如果Al2O3耐火砖接触到CaO后，会产生一系列的共晶反应，其共晶产物的熔点甚至低于通常的炼钢温度，就可能引起耐火材料的破坏。4.5弥散强化可以用来强化材料的固态相变有时效强化、共析反应，非平衡态的马氏体相变。所有这些固态相变都需要经过热处理4.6固态相变强化通过控制凝固过程实现材料强化的方法，只能在材料冶炼制备过程中采用一次。但是，控制固态相变来实现材料强化的方法，则可以多次采用。图4.28Al-4%Cu合金在冷却过程中可能出现的组

7、织结构4.6固态相变强化只有当析出物刚好位于位错滑移面上才能阻止位错继续滑移。如果析出物里的原子排列与周围基体的原子排列保持一种共格关系，即保持特定的对应关系，那么析出物周围的基体的原子排列就会受到析出物的影响。这种析出物称为共格析出物。位错不是从共格析出物身上，而是从共格析出物旁边的基体滑移过时，也会受到来自共格析出物的影响。共格析出物4.6固态相变强化1.固溶化处理：将合金加热到固溶度线以上的温度，使合金生成均匀的α相固溶体2.淬火：将已经加热的合金放入水中，达到迅速冷却的目的3.时效：将具有过饱和固溶体的合金在低于固溶

8、度线的温度下进行加热共格析出的热处理方法4.6固态相变强化图4.29Al-Cu合金的时效强化过程4.6固态相变强化时效强化效应的4个条件1合金相图中必须存在这样一条固溶度线，其固溶度将随着温度的降低而减小2基体应该比较软，具有塑性。而析出物则应该比较硬，且具有脆性。3合金应该能够进行淬火4