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金属加工基础考试

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金属材料的强化机制有哪几种?它们的强化原理分别是什么?

正确答案:材料的强化机制主要有以下四种,分别为固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。
(一)固溶强化
由于固溶体中存在着溶质原子,便使其塑性变形抗力增加,强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降,这种现象称为固溶强化。
固溶强化的主要原因:一是溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变,对在滑移面上运动的位错有阻碍作用;二是在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。
(二)细晶强化
一方面由于晶界的存在,使变形晶粒中的位错在晶界处受阻,每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近;另一方面,由于各晶粒间存在着位向差,为了协调变形,要求每个晶粒必须进行多滑移,而多滑移必然要发生位错的相互交割,这两者均将大大提高金属材料的强度。显然,晶界越多,也即晶粒越细小,则其强化效果越显著,这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为晶界强化,也即细晶强化。
(三)位错强化
金属中的位错密度越高,则位错运动时越容易发生相互交割,形成割阶,造成位错缠结等位错运动的障碍,给继续塑性变形造成困难,从而提高金属的强度,这种用增加位错密度提高金属强度的方法称为位错强化。
(四)第二相强化
第二相粒子可以有效地阻碍位错运动,运动着的位错遇到滑移面上的第二相粒子时,或切过,或绕过,这样滑移变形才能继续进行。这一过程要消耗额外的能量,需要提高外加应力,所以造成强化。但是第二相粒子必须十分细小,粒子越弥散,其间距越小,则强化效果越好。这种有第二相粒子引起的强化作用称之为第二相强化。根据两者相互作用的方式有两种强化机制:弥散强化和沉淀强化。
绕过机制:基体与中间相的界面上存在点阵畸变和应力场,成为位错滑动的障碍。滑动位错遇到这种障碍变得弯曲,随切应力加大,位错弯曲程度加剧,并逐渐成为环状。由于两个颗粒间的位错线段符号相反,它们将断开,形成包围小颗粒的位错环。位错则越过颗粒继续向前滑动。随着位错不断绕过第二相颗粒,颗粒周围的位错环数逐渐增加,对后来的位错造成更大的阻力。
切过机制:位错与颗粒之间的阻力较小时,直接切过第二相颗粒,结果硬颗粒被切成上下两部分,并在切割面上产生位移,颗粒与基体间的界面面积增大,需要做功。并且,由于第二相与基体结构不同,位错扫过小颗粒必然引起局部原子错排,这也会增加位错运动的阻力,从而使金属强化。
答案解析:
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