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沉淀强化（第二相硬质点强化）
第二相的沉淀过程亦即是过饱和固溶体的分解过程。 第二相能沉淀析出的必要条件是固溶体合金的溶解度随 着温度的降低而减小，因此加热后得到的过饱和固溶体 将随着温度的降低而析出。第二相析出的动力学、析出 的形态、部位等将随加工工艺(包括冷却条件)而异。
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沉淀强化（第二相硬质点强化）
效果：提高强度、降低塑韧性。
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沉淀强化（第二相硬质点强化）
第二相硬质点是指那些在韧性材料中存在的不易发生 塑性变形的化合物,它们几乎不能发生塑性变形，在大的 应力下将脆性断裂。
在普通低合金钢中经常加入微量Nb、V、Ti，这些元 素可以形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在轧 制中或轧后冷却时它们可以析出，起到第二相沉淀强化作 用。例如加热到1250℃的Nb钢，沉淀强化的作用平均每 0.01％Nb可提高屈服强度19.6MPa。
第一章 钢的强化和韧性
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本章内容
第一节 钢的强化机制 第二节 材料的韧性
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第一节 钢的强化机制
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低碳钢的工程应力---工程应变曲线
σe：弹性极限 σb：抗拉强度 σs：屈服强度
GB/T 228-2002 金属材料室温拉伸试验方法
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钢的强化机制
1.固溶强化 2.位错强化 3.沉淀强化 4.晶界强化 5.亚晶强化 6.相变强化
Cu-4Ti合金中位错被堵塞在晶界附近
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晶界强化
根据位错理论计算可得到屈服强度与晶粒尺寸的关系为： Hall-Petch公式
s i K1D1/ 2
式中σi是常数，大体相当于单晶体时的屈服强度。K1它是表 征晶界对强度影响程度的常数，它和晶界结构有关，而和温 度关系不大。
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Hall-Petch公式 s i K1D1/2
沉淀强化的机制是位错和颗粒之间的相互作用。
在外力作用下，运动位错遇到第二相硬质点时的运动方式有 两种，(1)对提高强度有积极作用的绕过过程； (2)对提高强度 作用较小的切割/剪切过程。它们都会增加运动阻力，可以提 高材料的强度。
绕过机制
切割机制
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材料的组织与力学性能的关系
第二相硬质点强化
如果第二相硬质点的总量(如 体积份数f)一定，单个质点的尺寸 愈小，数量多，排列密集；反之单 个质点的尺寸愈大，数量少，排列 稀疏。对位错来说，小质点容易切 割，稀疏分布时容易绕过。所以质 点对强度的作用表现为尺寸太小或 尺寸过大都会降低其效果，在特定 的合适范围才有最大的强化效果。
置换元素对α-Fe屈服强度的影响
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固溶强化的规律
（2）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效 果愈好.
（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe 中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等 元素在Fe中）的溶质元素。但对韧性、塑性的削弱也很 显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑 性。
（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。
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位错强化
滑移是塑性变形的主要方 式，材料中位错密度对材
料的强度的影响

1、完全无位错存在时，在外力 作用下，没有可以发生运动的位 错，材料表现极高的强度。
例如铜，理论计算的临界切应力 约 为 1500MPa ， 而 实 际 测 出 的 仅 为0.98MPa。
晶粒细小，屈服应力就高，材料因此得到强化，即细晶强化。 σi包含着不可避免的残留元素如Mn、Si、N等对位错滑动的阻力。对于 铁素体-珠光体组织的低碳钢经过实验确定了这些元素的作用，因此 Hall—Petch公式可以改写为：
s 0 (3.7Mn 8.3Si 291 .8N 1.51D1/2 ) 9.8
形变热处理是在第二相质点沉淀前对材料施以塑性变形， 因而使位错密度增加，第二相沉淀形核位置增多，因而析出 物更为弥散。如果形变还能造成亚晶，那么第二相沉淀在亚 晶界上，其分布密度更为弥散。这就是形变热处理造成强化 的原因之一。
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晶界强化
和单晶体的塑性变形不同，多晶体晶粒中的位错滑移除 了要克服晶格阻力、滑移面上杂质原子对位错的阻力而外 （这两点是和单晶体相同的），还要克服晶界的阻力。晶粒 愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也愈大，因而使材料的屈 服强度提高。
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固溶强化
定义：采用添加溶质元素使固溶体强度升高的现象称为 固溶强化，即固溶强化是通过改变金属的化学成分来提 高强度的方法。 机理：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。 效果：提高强度、降低塑韧性。
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固溶强化的规律
（1）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加 例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最 大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加 而增大
根据计算和实验，一般的质点间距最佳值在20-50个原子间距， 体积数的最佳值在2％左右。
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材料的组织与力学性能的关系
沉淀相的部位、形状对强度都有影响。其一般规律是： 沉淀颗粒分布在整个基体上比晶界沉淀的效果好；颗粒形状 球状和片状相比，球状有利于强化。
因为片状颗粒对于在与其平行的原子面上运动的位错的 阻力很小，而球状颗粒对于任何原子面上运动的位错有相同 的阻力。
式中各元素含量以百分含量代入，各项的系数也就是这些元素的固溶 强化系数，即每1％重量百分数可以提高的屈服强度。σ0为单晶纯铁的 屈服强度，实际上铁中总是含有微量碳的。σ0值随不同的处理而异。 空冷时σ0 =86.24MPa，炉冷时为60.76MPa。D为等轴铁素体晶粒平均 截线长，以mm为单位。
铁素体晶粒细化对提高屈服强度的效果是明显的，D小时，D的很小变 化将使D-1/2产生较大的变化。上式适用于钢中珠光体含量<30％的组织
但制造这种材料非常困难，目前 只能在很小尺寸的晶体中实现 (晶须),用于研究型的复合材料 中。
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位错强化
滑移是塑性变形的主要 方式，材料中位错密度
对材料的强度的影响
2、在存在位错的晶体材料中,随 位错密度的提高，位错运动受交 割作用影响加大，材料的强度得 到提高。经过冷变形的金属材料, 发生了加工硬化，强度可以在相 当范围内得到提高，常用的冷轧 钢板、冷拔钢丝就是一例。值得 注意的是用加工硬化提高强度的 材料只能在较低温度下使用，否 则因高温发生了再结晶，加工硬 化的强化效果将全部消失。