45金属材料的强化与表面处理(阅读).pptVIP

金属材料的强化与表面处理 强化的原理 大部分金属材料属于塑性材料，其塑性变形是靠位错的运动而发生 任何阻止位错运动的因素都可以成为提高金属材料强度的途径。 消除内部位错和其他缺陷 引入大量缺陷 主要方式 细晶强化 固溶强化 加工硬化(位错强化) 沉淀强化(时效强化) 金属强韧化的常用方法 钢的热处理 普通热处理 表面热处理 铝合金的时效强化 * 化工学院高分子 化工学院高分子 细晶强化： 合金的晶粒越细小，内部的晶粒和晶界的数目就越 多。细晶强化利用晶界上原子排列的不规则性，原子能 量高这一特点，对材料进行强化。 双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。 双晶粒拉伸示意图 低碳钢的σs 与晶粒大小的关系 在上图中，低碳钢的σs 与晶粒直径平方根的倒数呈线 性关系，可用下式表示： σs＝ σ0+Kd－1/2 …… Hall－Petch公式 细晶强化理论的提出： （1）针对不同常规材料，探索抑制其晶粒长大的办法。 （2）在世界范围掀起了研究纳米材料的狂潮。 可以实现在提高材料强度的同时，也改善材料的塑性 和韧性，获得最佳的强韧性配合。 固溶强化： 当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度和硬度上升，塑性和韧性值下降。 Cu－Ni固溶体的机械 性能与成分的关系 Al－Mg固溶体的应力－应变曲线 σb δ δ 固溶强化的实质：晶体结构中的弹性交互作用、 电 交互作用和化学交互作用。其中最主要的是：溶质 原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。 不同溶质原子在位错周围的分布状态 溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小点阵畸变，降低体系的能量。（它对位错有“钉扎”作用） 加工硬化(位错强化)： 加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，强 度、硬度升高；塑性、韧性下降的现象。加工硬化（冷变 形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。 曲线分为三阶段 1）易滑移阶段（位错少干扰） 2）线性硬化阶段（位错塞积） 3）抛物线硬化阶段（螺旋位错 启动，位错密度下降） 加工硬化曲线： 加工硬化的实质： 是金属塑性变形时内部产生滑移，使晶粒变形和细化亚组织，因而产生大量的位错，晶格严重畸变，内部应力增加，其宏观效应就是加工硬化。 沉淀强化（时效强化）： 时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。 条件： 固溶度随温度的下降而降低 第二相的强化机制： 绕过机制 切割机制 弥散强化机制——加入粉末相的烧结、内氧化 钢的普通热处理 退火 将钢加热到一 定温度进行保温， 缓冷至600℃以下， 再空冷至室温的热 处理工艺。 各种退火和正火的一般加热范围 铸、锻、焊、冷压件及机加工件 无变化 加热到500～650 ℃缓冷至200 ℃空冷 消除残余应力，提高尺寸稳定性 去应力 退火 冷变形加工的制品 变形晶粒变成细小的等轴晶 加热到再结晶温度，再空冷 消除加工硬化，提高塑性 再结晶 退火 合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件 粗大组织（组织严重过烧） 加热到Tm-100～200 ℃，先缓冷，后空冷 改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化 扩散 退火 共析、过共析钢及合金钢的锻件、轧件等 片状珠光体和网状渗碳体组织转变为球状 加热到AC1＋20～40℃，然后缓冷 降低硬度，改善切削性能，提高塑性韧性，为淬火作组织准备 球化 退火 亚共析钢的铸、锻、轧件，焊接件 F＋P 加热到AC3＋20～50℃，炉冷至550 ℃左右空冷 细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，提高塑性 完全 退火 应用 组织 工艺制度 目的 名称 常用退火工艺制度小结 正 火 正火将钢加热到AC3以上温度并保温，出炉空冷至室温 的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度 大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而 正火后强度、硬度较高。 正火的应用： ① 用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。 ② 亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。 ③ 过共析钢的正火可消除网状碳化物。 淬 火 1、定义：淬火是将钢加热到AC1或 AC3以上温度并保温，出炉快速冷却，使获得马氏体的热处理工艺。 2、淬火的必要性 经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。 马氏体形成过程示意图 回 火