《材料成型金属学》教学资料：8 组织性能控制1 - 强化机制

1、Chap.8 材料的组织性能控制 8.1 金属的强化机制 Strengthening mechanism,强度 Strength强化 Strengthening,汽车工业的要求： safer, lighter, stronger 3因素：新设计/材料选择/新制造方法 强度高、成形性好 “减重/节能/降低排放/提高安全性” 10% weight reduction/ 6% increase in efficiency,Slip systems are freeways for dislocations 滑移系位错运动的高速公路,滑移与高速公路Slip: The Highway Analogy,T

2、hree reasons for traffic 交通阻塞的3种原因： Blocked Freeways (construction) Too Many Cars Pedestrians, Stopped Cars,Traffic Broken/ Blocked Freeways- Construction,Slip 滑移 Grain Boundaries 晶界,滑移与高速公路Slip: The Highway Analogy,Traffic Too Many Cars,Slip 滑移 Dislocation Density 位错密度,滑移与高速公路Slip: The Highway Anal

3、ogy,位错网格,晶体中F-R源形态变化过程,Traffic Pedestrians, Stopped Cars,Slip滑移 Solute 溶质原子 Impurities杂质 Second phase particles第二相粒子,滑移与高速公路Slip: The Highway Analogy,置换固溶体,间隙固溶体,Al合金第二相,主要强化机制Strengthening mechanisms,晶界强化 应变强化加工硬化 固溶强化 弥散强化,Solute atoms,Precipitates (e)铁素体晶粒,(a)亚晶;(b)铁素体再结晶晶粒;(c)位错及析出物,低碳Nb钢的TEM照片,

4、碳钢的形变热处理,铁素体：,强化机制： 细晶、固溶、析出、亚晶,扩展：其它强化机制,组织强化 microstructure hardening 相变强化 multi-phase strengthening 应变诱发转变 动态Hall-Petch效应 strain induced transformation/twinning,组织强化高强度金属丝Highstrength steel wire,The strongest known metal (disregarding whisker filament) is drawn pearlitic（珠光体）wire. Not only with e

5、xtremely high strength, but also with an amazing ductility at this strength level. 珠光体钢丝超高强度、高塑性 Limitation: only being produced by drawing wire to a reduction in area of over 90%fine wires 细丝,Description of UTS Range (MPa),Piano wire 17902400 Mandolin wire 20002760 Wire cables 2210 Galvanized suspe

6、nsion cable wire 13801590 Mechanical spring wires 2960,Heat treatment: to achieve the finest possible pearlite spacing prior to drawing,热处理: 在拉拔前获得细的珠光体,变形位错密度增加位错缠结 高位错密度区将位错密度低的区域隔开晶粒内部出现“小晶粒”，取向差不大胞状亚结构,透射电镜（TEM）,亚结构强化,Microstructure of experimental steels Hi-Si+Low-Mn steel (equiaxed ferrite+bai

7、nite) (b) Low-Si+High-Mn steel (quasi-polygon ferrite+bainite),相变强化-双相钢/多相钢dual/multi-phase steels,F+M/BF/ MBF,高扩孔性能钢,要求:屈服点低、初始加工硬化速率高、强度/韧性良好匹配 F+B 扩孔性能/综合性能良好,应变诱发转变-相变诱导塑性钢（TRIP）,TRIP：Transformation Induced Plasticity,成分组织特点： 0.1C+1.4Mn+1.0Si, FBrA(515%),TRIP效应,高碰撞吸收能,形变诱发孪生 Twinning induced pla

8、sticity (TWIP),Dynamic “Hall-Petch” relationship,TWIP/L-IP,Automotive Steels-Online Technical Resources By: Stuart Keeler Tuesday, May 01, 2012 The Science of Forming,Discussion,加工硬化带来的利与弊？加工硬化在工业上有何应用？ 利：变形过程中位错密度增加，位错间发生交互作用（交割、缠结），发生位错塞积，可起到强化金属的作用。应用：提高材料强度；表面耐冲击、耐磨损；使材料变形均匀；提高切削性； 弊：造成变形困难，需通过再结晶退火消除加工硬化。,何为时效？说明时效强化的原因。 时效：过饱和固溶体在室温或较高温度保留一段时间，有第二相从基体中析出的过程。 时效强化：位错切过/绕过第二相，增大外加应力。,说明第二相在冷塑性变形过程中的作用。 种类、数量、大小、形状、分布特点 两相均具有塑性，第二相的尺寸和变形能力与基体相差不大，则合金的变形取决于第二相的体积分数； 如分别为塑性相和脆性相，合金的塑性变形主要取决于脆性相：第二相粗大或呈针状，变形只在基体中进行，塑性不高；第二相连续分布在晶界上