当晶体中的位错的分布比较均匀时，流变 应力τ和位错密度间存在培莱赫许（Bailey， J. E-Hirsch，P. B）关系式，即
τ ＝ τ0+αGbρ1/2
式中：ρ为位错密度；G为切变模量；b为柏 氏矢量；α为系数，多晶体铁素体α＝0.4；参 量τ0表示位错交互作用以外的因素对位错运动 所造成的阻力。
形，例如宏观塑性变形不小于5％； 脆性断裂则包括解理断裂、沿晶断裂。韧性
断裂是微孔形成、聚集长大的过程，在这种断 裂机制中，塑性变形起着主要作用。
金属材料的韧化原理
改善金属材料韧性断裂的途径是： ①减少诱发微孔的组成相，如减少沉淀相数量： ②提高基体塑性，从而可增大在基体上裂纹扩展
的能量消耗； ③增加组织的塑性形变均匀性，这主要为了减少
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概述
好材料之所以好，是因为它具有好的性能 。 人们在利用材料的力学性能时，总是希望所用 材料既有足够的强度，又有较好的韧性。但通 常的材料往往两者只能居其一，要么是强度高 韧性差；要么是韧性好，但强度却达不到要求。 寻找办法来弥补材料各自的缺点，这就是材料 的强化和增韧所要解决的问题。
钢的热处理主要有普通热处理（退火、正 火、淬火、回火）和表面热处理（表面淬火 和表面化学热处理）。
钢的普通热处理—退火和正火
1. 钢的退火和正火
退火是将工件加热到临界点（A1、A3、 Acm）以上或者在临界点以下某一温度保温一 定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑 冷、灰冷）进行冷却的一种操作工艺。最常用 的退火工艺有完全退火、球化退火和去应力退 火。
回火是将淬火钢重新加热至A1点以下的某一温度， 保温一定时间后冷却至室温的一种工艺操作。 根据回火温度及组织的不同，钢的回火可分为：
1）低温回火 150～250℃ 2）中温回火350～500℃ 3）高温回火 500～650℃
铝合金的时效强化
（二）铝合金的时效强化 淬火后，铝合金的强度和硬度随时间而
发生显著提高的现象称为时效强化或沉淀硬 化。室温下进行的时效称为自然时效，加热 条件下进行的时效称为人工时效。
铝合金的时效强化与两个因素有关：时间 和加热温度。
若人工时效的时间过长（或温度过高）， 反而使合金软化，这种现象称为过时效。
两类典型钢种的强韧化
金属材料的强化原理—位错强化
由上式可见，当增高时，τ也增大。在金属 晶体受到外力作用时，内部增殖大量位错。位 错的增殖是塑性变形造成的，所以流变应力的 增大率与塑性应变的增大率有关，即流变应力 的增大率取决于塑性形变引起的位错密度的增 大率。
金属材料的强化原理—沉淀强化
（四） 沉淀强化 沉淀强化，即材料强度在时效温度下随时
金属材料的强化原理—细晶强化
（一）细晶强化
细晶强化是指通过晶粒粒度的细化来提高 金属的强度 。金属材料在外力作用下会产生塞 积位错，塞积位错应力场强度与塞积位错数目 和外加切应力值有关，而塞积位错数目正比于 晶粒尺寸，因此当金属材料的晶粒变细时，必 须加大外加作用力以激活相邻晶粒内位错源， 从而达到了强化的作用。
应力集中； ④避免晶界的弱化，防止裂纹沿晶界的形核与扩
展； ⑤金属材料的各种强化方法都会对其韧性产生影
响
金属材料的韧化原理
（一）位错强化与塑性和韧性 一般地，位错密度提高，其金属材料的拉伸塑性和
韧性都降低。 （二）固溶强化与塑性
1.强度若保持不变而提高塑性，则可以提高材料的韧 性。 2.低碳位错型马氏体的强韧配合 （三）细化晶粒与塑性
间而变化的现象，是铝合金和高温合金的主要 强化手段，其基本条件是固溶度随温度下降而 降低。
实际的材料往往会综合有多种强化机制在 起作用，钢中马氏体相变强化就是这样一种强 化机制，它实际上是固溶强化、弥散强化、形 变强化、细晶强化的综合效应。
金属材料的韧化原理
二、金属材料的韧化原理 金属材料的断裂类型：韧性断裂和脆性断裂 韧性断裂系指在断裂之前发生一定的塑性变
正火是将工件加热至Ac3、Accm以上30 ～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。
正火和退火都是使钢件非正常的组织常态化， 细化组织，适当提高硬度和强度。
钢的普通热处理—淬火和回火
2. 钢的淬火和回火 淬火就是将钢件加热至Ac3（对亚共析钢）或Ac1
（对共析和过共析钢）以上30～50℃，保温一定时间 后快速冷却（一般为油冷或水冷）以获得马氏体（或 下贝氏体）组织
细化晶粒既能提高强度，又能明显优化塑性和韧性 （四）沉淀相颗粒与塑性
总的来说，析出相沉淀强化危害塑性。
金属材料强韧化常用方法
三、金属材料强韧化常用方法 （一）钢的普通热处理
热处理是改善金属材料性能的一种重要加 工工艺。它是在固态下通过加热、保温和冷 却的方法，改变合金的内部组织，从而获得 所需性能的一种工艺操作。
材料科学与工程导论
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材
第九章
料
导
材料的强化与表面处理 论
基
Hale Waihona Puke 础8/20/2019
材料的强化与表面处理
内容简介：
本章对工程材料强化及表面处理方面的有 关知识做了较为全面的介绍，使我们对工程 材料的性能特点及应用有了更好的了解。
本章重点：
9.2 非金属材料的强化与韧化的途径； 9.3 金属材料的表面强化与表面改性技术。
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第一节 金属材料强化与韧化的途径
学习目标：
1.了解金属材料强化和韧化的原理； 2.掌握金属材料强化和韧化的主要方法。
金属材料的强化原理
一、金属材料的强化原理 提高金属强度的途径有两条： 一是完全消除内部的位错和其他缺陷，使 其强度接近于理论强度，目前实验室条件可 以实现，但实际大量应用还存在技术困难。 二是在金属中引入大量缺陷，以阻碍位错 的运动，例如加工硬化、合金强化、细晶强 化、马氏体强化、沉淀强化等。
金属材料的强化原理—固溶强化
（二）固溶强化 纯金属经过适当的合金化后强度、硬度提高
的现象，称为固溶强化。
固溶强化的原因可归结于溶质原子和位错 的交互作用，这些作用起源于溶质引发的局部 点阵畸变。固溶体可分为无序固溶体和有序固 溶体，其强化机理各不相同。
金属材料的强化原理—位错强化
（三） 位错强化