浅谈材料科学基础CH4-5复习.pptVIP

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合金强化的途径和方法? 强化机理4种:1.固溶强化2.弥散强化3.细晶强化4.形变强化 金属材料的强化途径不外两个,一是提高合金的原子间结合力,另一强化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷,如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性(如偏聚)等,这些缺陷阻碍位错运动,也会明显地提高金属强度。 对工程材料来说,一般是通过综合的强化效应以达到较好的综合性能。 具体方法有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细化晶粒强化、择优取向强化、复相强化、纤维强化和相变强化等,这些方法往往是共存的 (4)相变强化   合金化的金属材料,通过热处理等手段发生固态相变,获得需要的组织结构,使金属材料得到强化,称为相变强化。 相变强化可以分为两类:   沉淀强化(或称弥散强化)。在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素,在一定条件下,使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出,弥散地分布在组织中,从而有效地提高材料的强度,通常析出的合金化合物是碳化物相。  在低合金钢(低合金结构钢和低合金热强钢)中,沉淀相主要是各种碳化物,大致可分为三类。一是立方晶系,如TiC、V4C3,NbC等,二是六方晶系,如M02、W2C、WC等,三是正菱形,如Fe3C。对低合金热强钢高温强化最有效的是体心立方晶系的碳化物。   马氏体强化。金属材料经过淬火和随后回火的热处理工艺后,可获得马氏体组织,使材料强化。但是,马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件,工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。 (5)晶界强化   晶界部位的自由能较高,而且存在着大量的缺陷和空穴,在低温时,晶界阻  碍了位错的运动,因而晶界强度高于晶粒本身;但在高温时,沿晶界的扩散速度比晶内扩散速度大得多,晶界强度显著降低。因此强化晶界对提高钢的热强性是很有效的。   硼对晶界的强化作用,是由于硼偏集于晶界上,使晶界区域的晶格缺位和空穴减少,晶界自由能降低;硼还减缓了合金元素沿晶界的扩散过程;硼能使沿晶界的析出物降低,改善了晶界状态,加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程;此外,它们还有利于碳化物相的稳定。 第四章:固体中原子及分子的运动 扩散:固体中原子或分子的迁移称为扩散。 扩散是固体中物质迁移的唯一方式。 研究扩散一般涉及两个方面:扩散的宏观规律——表象理论;扩散的微观机制——原子理论。 菲克第一定律:描述了原子扩散通量J与浓度梯度ρ之间的关系,即扩散通量与浓度梯度成正比,并且扩散方向与浓度梯度方向相反。 菲克第一定律描述了一种扩散物质的质量浓度不随时间变化的稳态过程,因而不能描述大多实际情况的非稳态扩散。 在引入质量守恒定律后,由菲克第一定律导出了可应用于非稳态过程的第二定律。 由菲克第二定律可求解出扩散物质随时间和位置的变化规律。 置换固溶体中的原子扩散与间隙固溶体的原子扩散不同,它不仅涉及到溶质原子的扩散,也涉及到溶剂原子的扩散。溶质原子和溶剂原子的扩散速率不同导致了柯肯达耳效应。 在置换固溶体中的原子扩散通量可具有菲克第一定律的形式,但扩散系数是互扩散系数,它与两种原子的本征扩散系数相关。? 从菲克第一定律看,扩散的驱动力是浓度梯度,即物质从高浓度向低浓度扩散,扩散的结果导致浓度梯度的减小,直至成分均匀,扩散停止。但实际上,在某些情况下的扩散,物质出现从低浓度向高浓度扩散的“上坡扩散”或“逆向扩散”的现象。 扩散的热力学分析表明,扩散的驱动力是化学势梯度 ,而不是浓度梯度,由此不仅能解释正常的“下坡扩散”现象。也能解释“上坡扩散”的反常现象。 在描述原子迁移的扩散机制中,最重要的是间隙机制和空位机制。 间隙固溶体中原子扩散仅涉及到原子迁移能,而置换固溶体中原子的扩散机制不仅需要迁移能而且还需要空位形成能,因此导致间隙原子扩散速率比置换固溶体中的原子扩散速率高得多。 扩散系数(或称扩散速率):是描述物质扩散难易程度得重要参量。扩散系数与扩散激活能有关。其遵循阿累尼乌斯方程。因此,物质的扩散能力也可用扩散激活能的大小来表征。 实验表明,原子扩散的距离与时间的平方根成正比,而不是时间成正比,由此推断原子的扩散是一种无规则行走。由原子无规则行走的理论推导出的扩散距离与扩散时间t的平方根成正比,其与扩散方程的推导结果一致,表明原子的扩散确实是一种无规则行走。 为了更好地应用扩散和控制扩散,了解影响扩散的因素是重要的。 在影响扩散的诸多因素(如温度,固溶体类型,晶体结构,晶体缺陷,化学成分,应力等)中,温度是影响扩散的最重要因素。 出现相变的扩散称为相变扩散和反应扩散。 由反应扩散所形成的相可参考平衡相图进行分析。实验结果表明,在二元合金反应扩散的渗层组织中不存在两相混合区,只有孤立的单相区存在,而且在它们的相界面上的浓度是突变的,它对应于相

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