1. 材料强化的类型：主要有晶界强化、固溶强化、位错强化、沉淀强化和
弥散强化、相变强化等。
2. 强化机制：
(1) 晶界强化：
晶界分为大角度晶界(位向差大于10o)和小角度晶界(亚晶界，位向差1~2o)。
晶界
两边相邻晶粒的位向和亚晶块的原子排列位向存在位向差，处于原子排列不规则的畸
变状态。
晶界处位错密度较大，对金属滑移(塑性变形)、位错运动起阻碍作用，即晶界
处对塑性变形的抗力较晶内为大，使晶粒变形时的滑移带不能穿越晶界，裂纹穿越也
困难。
因此，当晶粒越细，晶界越多，表现阻碍作用也越大，此时金属的屈服强度也
越高。
方法：
根据晶界强化的原理，在热处理工艺方法上发展了采用超细化热处理的新工艺，即细化奥氏体(A)晶粒
或碳化物相，使晶粒度细化到十级以上。
由于超细化作用，使晶界面积增大，从而对金属塑性变形的抗力
增加，反映在力学性能方面其金属强韧性大大提高。
如果奥氏体晶粒细化在十级以上，则金属的强韧性将大大提高，为达此目的，现代发展的热处理新技
术方法有以下三种。
①利用极高加热速度的能量密度进行快速加热的热处理。
由于极高的加热能量密度，使加热速度大大提高，在10-2
~1s 的时间内，钢件便可加热到奥氏体(A)状
态，此时A 的起始晶粒度很小，继之以自冷淬火(冷速达104
℃/s 以上)，可得极细的马氏体(M)组织，与一
般高频淬火比较硬度可高出Hv50，而变形只有高频淬火的1/4~1/5，寿命可提高1.2~4倍。
②利用奥氏体(A)的逆转变
钢件加热到 A 后，淬火成M，然后快速(20s)内重新加热到 A 状态，如此反复3~4 次，晶粒可细化到
13~14级。
③采用A-F两相区交替加淬火
采用亚温淬火(F+A 双相区加热)，在提高材料强韧性的同时显著降低临界脆化温度，抑制回火脆性。
在A-F两相区交替加热，可使A/F相界面积大大增加，因而使奥氏体形核率大大增多，晶粒也就越细化。
(2) 固溶强化：
是利用金属材料内部点缺陷(间隙原子置换原子)对金属基体(溶剂金属)
进行强化。
它分为两类：间隙式固溶强化和置换式固溶强化。
a. 间隙式固溶强化：原子直径很小的元素如C、N、O、B 等，作为溶质元素溶入
溶剂金属时，形成间隙式固溶体。
C、N 等间隙原子在基体中与“位错”产生弹性
交互作用，当进入刃型位错附近并沿位错线呈统计分布，形成“柯氏气团”。
当在螺
型位错应力场作用下，C、N 原子在位错线附近有规则排列就形成“snock”气团。
7这些在位错附近形成的“气团”对位错的移动起阻碍和钉扎作用，对金属基体产生
强化效应。
(奥氏体是C在面心立方晶格的γ-Fe中的间隙固溶体，其最大溶解度为2.06wt.%，铁素体是C在
体心立方晶格的α-Fe中的固溶体，其最大溶解度只有0.02wt.%。
)
b. 置换式固溶强化：置换式溶质原子在基体晶格中造成的畸变大都是球面对称的，
固溶效能比间隙式原子小(约小两个数量级)，这种强化效应称为软硬化。
形成置换
式固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度同溶质与溶剂的原子尺寸、电化学性
质等因素密切相关，当原子尺寸愈接近，周期表中位置愈相近，其电化学性质也愈
接近，则溶解度也愈大。
由于溶质原子置换了溶剂晶格结点上的原子，当原子直径
存在差别就会破坏溶剂晶格结点上原子引力平衡，而使其偏离原平衡位置，从而造
成晶格畸变，随原子直径差别增加，造成的畸变程度愈大，由此造成的强化效果更
大。
方法：
A固溶强化：C 原子在面心立方晶格中造成的畸变呈球面对称，所以C 在A中的间隙强化作用属于弱
硬化。
置换原子在A中的强化作用比C原子更小。
固溶强化是钢铁材料主要强化手段之一，其基本内容可归纳为两点：
①间隙式固溶强化对F基体(包括M)的强化效能最大，但对韧性、塑性的削弱也很显著；②置换式固
溶强化对F强化作用虽然比较小，却不削弱基体的塑性和韧性。
(3) 位错强化：
金属晶体中的位错是由相变和塑性变形引入的，位错密度愈高，位错运动愈困难，金属抵抗塑性变形的能力就愈大，表现在力学性能上，金属强度提高，即当造成金属
晶体内部位错大量增殖时，金属表现出强化效果。
理论研究同时也说明：制成无缺陷，
几乎不存在“位错”的完整晶体，使金属晶体强度接近理论强度，则会使金属强化效
果表现得更为突出。
因此，金属有两种强化途径：一是对有晶体缺陷的实际金属，即
存在位错金属，可以通过位错增殖而强化，二是制成无晶体缺陷的理想金属，使晶体
中几乎不存在位错，则金属强化效果会更大。
方法：
通过冷加工变形或相变，使“位错”增殖，一般退火态金属“位错”密度在106
~108
cm/cm3
表现强度、
硬度较低，塑性较好，当冷加工变形后，其“位错”密度可达1011
~1012
cm/cm3。
此时，强度、硬度大为提
高，而韧性却下降，即“加工硬化”现象。
生产上对不易用热处理强化的金属如低C 钢、纯铁、Cr-Ni 不
锈钢、防锈钢、紫铜等可用冷轧、拔、挤等工艺来达到强化效果，而对可用热处理强化处理的钢，则采用
相变的办法，如淬火，使组织中“位错”增殖，达到强化效果。
(4) 沉淀与弥散强化：
本质上有两种途径：一是第二相质点沉淀时，沉淀相在基体中造成应力场，应力场和运动“位错”间交互作用使基体强化；二是第二相质点和基体处于共格和半共格
状态时，质点周围有一个高能区，具有很大的弹性畸变，致使强度、硬度急剧增加而
强化，其强化效应可总结为：a. 沉淀相的体积比越大，强化效果越显著，要使第二相
有足够的数量，必须提高基体的过饱和度；b. 第二相弥散度越大，强化效果越好，共
格第二相比非共格第二相的强化效能大；c. 第二相质点对位错运动的阻力越大，强化
效果也越大。
方法：
金属合金的时效强化是由于弥散的新相的析出引起硬度升高，其过程可用下式表达：
过饱和α固溶体→饱和α固溶体+析出相
所以，时效的实质是过饱和固溶体的脱溶沉淀，时效硬化即脱溶沉淀相的引起的沉淀硬化，因只有析
8出相十分细小时才有显著的硬化效果，故沉淀硬化又称弥散硬化。
目前在钢铁和有色合金中的许多热处理工艺就是基于上述途径而达到强化效果。
(1)自然时效——室温下放
置产生的时效，人工时效——加热到室温以上某一温度进行的时效；(2)马氏体回火析出ε、π、θ等
碳化物的过程也称脱溶分解过程，如A-M 沉淀硬化不锈钢，M 沉淀硬化不锈钢都是在最后形成M 的
基础是经时效处理，在M 基体上析出金属间化合物相，产生沉淀强化的；(3) 过饱和固溶体的脱溶分
解，是许多有色金属热处理强化的一个主要途径，如Al-Ag、Al-Cu、Cu-Be等合金。
(5) 相变强化：
相变过程中往往伴随体积的变化，引起基体微结构的调整，强度提高。
此外，
金属中的马氏体相变和贝氏体相变均引起强度的提高，主要是由于位错密度增大，马氏
体屈服强度升高，促使材料的强度提高。
3. 强化措施：
(1) 塑性变形；(2) 热处理；(3) 加入第二相；(4) 合金化。