形变强化-4

比较形变强化，细晶强化，合金强化，热处理强化的异同点。

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论述四种强化的强化机理强化规律及强化方法 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 20201、形变强化形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。

机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。

规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式Δσ=αbGρ1/2，可知强度与位错密度（ρ）的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量（b）越大强化效果越显著。

方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。

形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。

另一方面形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本。

2、固溶强化随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。

强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。

所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。

固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。

金属材料的强化方式，你了解多少？一、形变强化（或应变强化，加工硬化）01定义材料屈服以后，随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。

02机理随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式，可知强度与位错密度ρ的二分之一次方成正比，位错的伯氏矢量b越大，强化效果越显著。

03方法冷变形，比如冷压、滚压、喷丸等。

04例子冷拔钢丝可使其强度成倍增加。

05形变强化的实际意义(利与弊)（1）利：①形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料，可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加。

②是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形。

③形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。

（2）弊：①形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，始继续变形带来困难，需要消耗更多的功率。

②为了能让材料继续变形，中间需要进行再结晶退火，使材料可以继续变形而不至开裂，增加了生产成本。

二、固溶强化01定义随溶质原子含量的增加，固溶体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。

02机理(1) 溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用。

(2) 位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力。

(3) 溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。

所有阻碍位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。

形变强化的原理嘿，咱今儿就来说说形变强化这档子事儿！你看啊，这形变强化就好比是一个人不断锻炼让自己变得更强壮。

咱平常生活里不也有这样的例子嘛，就说那铁匠打铁，一下又一下地敲打着铁块，铁块不就慢慢变了形状，而且还更坚硬了呢！这和形变强化不是一个道理嘛！材料也是这样呀，给它来点外力，让它发生形变，嘿，它就变得更厉害了。

就好像咱人遇到困难，扛过去了，就变得更牛了一样。

你想想，要是材料不经过这形变强化，那能行吗？那不得软趴趴的，啥都干不了呀！就像一个人不锻炼，弱不禁风的，能有啥出息！这形变强化可是有大学问的呢。

它能让材料的性能蹭蹭往上涨。

比如说，让它更耐磨啦，更抗压啦，就像咱人经过磨练后更能吃苦、更能抗压一样。

咱再打个比方，好比是盖房子。

那房子的大梁要是没经过好的形变强化处理，能撑得住那么重的房顶吗？万一哪天来个大风大雨的，那不就垮了呀！这可不行，咱得要质量过硬的呀！你说这形变强化是不是特别重要？它就像是材料界的秘密武器，能让普普通通的材料一下子变得厉害起来。

而且这过程也挺有意思的，看着材料一点点变化，就像看着自己成长一样，特有成就感！形变强化可不仅仅是让材料变硬变强这么简单哦，它还能让材料的内部结构发生变化呢。

就好像咱人经历了一些事情后，内心也会变得不一样，更成熟、更有深度了。

咱生活中好多东西都用到了形变强化呀，小到一个螺丝钉，大到一架飞机，哪个不需要经过这样的处理来让自己更可靠呢？所以啊，咱可别小瞧了这形变强化，它可是在背后默默为我们的生活保驾护航呢！它让我们使用的东西更耐用、更安全。

没有它，咱的生活还不知道会变成啥样呢！你说是不是这个理儿？这形变强化啊，真的是太神奇、太重要啦！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

举例说明变形强化的原理
变形强化是指通过加工和处理材料，使其具有更好的力学性能和物理性能的技术。

它的原理主要包括以下几个方面：
1. 晶粒细化：通过加工和处理，将原本粗大的晶粒变得更加细小。

这样可以提高材料的强度和韧性，因为细小的晶粒之间的界面可以有效阻止位错的运动，从而增强材料的抗变形能力。

例如，在冷加工过程中，材料会经历多次冷变形，使得晶粒逐渐细化，从而提高材料的强度和硬度。

2. 相变强化：通过相变来增强材料的性能。

在材料经历相变过程时，晶格结构发生改变，从而使得材料的性能得到改善。

例如，在钢材中，通过调整碳含量和冷却速度，可以使钢材发生相变，从而得到不同的组织结构，如马氏体、贝氏体等，从而提高钢材的强度和硬度。

3. 化学强化：通过添加合适的元素和化合物来改善材料的性能。

这些添加剂可以与基体材料发生化学反应，形成强化相，从而提高材料的强度和硬度。

例如，在铝合金中添加适量的铜和锌等元素，可以形成强化相，从而提高铝合金的强度和硬度。

4. 热处理强化：通过控制材料的加热和冷却过程，使其发生相变和组织结构改变，从而提高材料的性能。

例如，在钢材中，经过适当的加热和冷却处理，可以使钢材发生奥氏体转变，从而提高钢材的强度和韧性。

通过以上的变形强化原理，可以有效改善材料的性能，提高材料的强度、硬度、韧性等，从而满足不同工程应用的需求。

重点一、论述四种强化的强化机理、强化规律及强化方法。

1、形变强化形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。

机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。

规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式Δσ=αbG ρ1/2，可知强度与位错密度（ρ）的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量（b）越大强化效果越显著。

方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。

形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。

另一方面形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本。

2、固溶强化随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。

强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。

所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。

固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。

钢材的强化方法钢的强化方法包括：（1）形变强化；（2）固溶强化；（3）脱溶强化；（4）细化晶粒强化；（5）复合强化（上述各种强化方式的复合）；（6）马氏体强化；（7）形变一相变综合强化（形变热处理强化）；（8）其他强化方法。

（1）形变强化利用形变使钢强化的方法。

也称应变强化或加工硬化。

因为通常把硬度和强度都看作是材料的“强度性质”。

强度是材料在宏观上（或者说是整体上）抵抗形变的能力（或称流变应力）。

硬度是材料局部抵抗塑性形变的能力（不论是显微硬度、维氏硬度、洛氏硬度，还是布氏硬度）。

二者在不少情况下有近似的相应关系。

材料的强度越高，塑性形变抗力越大，硬度值也越高。

反之，材料的硬度越高，可能因材料脆性增大，其强度未充分反映出来，使得强度指标数值并不高。

对于不再经受热处理，并且使用温度远低于材料再结晶温度的金属材料（譬如低碳低合金钢），经常利用冷加工（冷形变）手段使之通过形变强化来提高强度。

因而，形变强化的实质就是在材料的再结晶温度以下进行冷形变，随着形变程度（应变量）的增大，在晶体内产生高密度的位错（晶体缺陷），位错密度越高，强化的程度越大，即流变应力值越高。

形变后金属的流变应力应当等于未形变前的流变应力加上形变强化的流变应力的增量。

流变应力增量与位错密度的高低有关：T =T 0+a Mb式中T为金属的流变切应力T Q为退火态金属的流变切应力（它表示除了位错相互作用以外其他因素对位错运动的摩擦阻力）；a为常数；卩为切变弹性模量；b为位错柏氏矢量；p为位错密度；指数n i=0.5o利用形变强化达到高强度的钢铁制品，典型的就是高碳钢冷拉钢丝和低碳低合金双相钢冷拉钢丝。

随着形变程度的增大，材料的强度和硬度越来越高，但它的塑性和韧性却往往越来越低，脆性越来越大，这就需要采取相应韧化措施来加以改善。

在马氏体型相变过程中引起的内部相变冷作硬化，就其物理实质来说，也属于形变强化，只不过这时的形变并非来自外部，而是来自马氏体相变过程中晶体自身切变所产生的高密度位错。

金属的五种强化机制及实例1 固溶强化(1)纯金属加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。

（2）固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。

合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。

畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用, 使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。

位错滑移时必须克服气团的钉扎作用, 带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来, 使位错滑移所需的切应力增大。

（3）实例：表1 列出了几种普通黄铜的强度值, 它们的显微组织都是单相固溶体, 但含锌量不同, 强度有很大差异。

在以固溶强化作为主要强化方法时, 应选择在基体金属中溶解度较大的组元作为合金元素, 例如在铝合金中加入铜、镁; 在镁合金中加入铝、锌; 在铜合金中加入锌、铝、锡、镍; 在钛合金中加入铝、钒等。

表1 几种普通黄铜的强度(退火状态)对同一种固溶体, 强度随浓度增加呈曲线关系升高, 见图1。

在浓度较低时, 强度升高较快, 以后渐趋平缓,大约在原子分数为50 %时达到极大值。

以普通黄铜为例: H96 的含锌量为4 % , σb 为240MPa , 与纯铜相比其强度增加911 %;H90 的含锌量为10 % , σb 为260MPa , 与H96 相比强度仅提高813 %。

2 细晶强化(1) 晶界上原子排列紊乱, 杂质富集,晶体缺陷的密度较大, 且晶界两侧晶粒的位向也不同, 所有这些因素都对位错滑移产生很大的阻碍作用, 从而使强度升高。

晶粒越细小, 晶界总面积就越大, 强度越高, 这一现象称为细晶强化。

(2) 细晶强化机制：通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。

实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。

金属材料的形变加工及强化机制金属材料是工程材料的主要类别之一，其广泛应用于各个领域，包括制造业、建筑业、航空航天等。

随着科技的不断进步和人们对质量和效率的要求不断提高，对金属材料的性能要求也越来越高。

在金属材料制造加工的过程中，形变加工是一种常见的加工方法，可以改变材料的形状和性能，以满足不同的需求。

同时，强化机制是形变加工过程中的重要环节，可以有效地提高材料的强度和硬度。

一、形变加工金属材料的形变加工是指通过施加外力，改变其形状和尺寸的过程。

主要包括拉伸、压缩、挤压、剪切、弯曲等工艺。

形变加工是将金属材料从原始状态变形成一定形状的过程。

形变加工必须遵循一定的规律和要求，以确保加工质量和安全性。

拉伸和压缩是常用的形变加工方法。

拉伸是指将材料拉伸到一定长度，使其变细并增长。

压缩是指将材料压缩到一定尺寸，并在此过程中改变其形状。

拉伸和压缩加工是制造金属材料产品的重要工艺。

挤压也是一种常用的形变加工方法。

挤压是将坯料经过一定形状的模口，通过极大的应力来加工材料。

挤压不会改变材料的截面形状，而是改变其长度和形状。

挤压加工主要用于生产管材、棒材等形状。

剪切和弯曲是将金属材料进行消耗性的改变，并形成所需的形状。

剪切和弯曲的加工过程更加复杂，需要比拉伸、压缩和挤压更多的力量和精确的控制。

二、强化机制在形变加工过程中，金属材料的性能可以得到有效提升。

这是因为形变加工可以改变金属材料的晶体结构和组织状态，从而使其具有更高的强度和硬度。

金属材料在形变加工过程中，其结晶状态会逐渐转变为亚晶状态。

亚晶状态具有更密集的结晶分布，可增加晶体与晶体之间的卡合力，从而大大提高材料的强度和硬度。

此外，在加工过程中，金属材料还会发生晶界的移动和形成新的局部位错，这些位错可以阻止晶体间滑移的扩散和排列，进一步提高材料的强度和硬度。

由于这些强化机制的相互作用和累积效应，加工后的金属材料的强度和硬度已经达到了远高于原始状态的水平，具有更好的耐用性、抗冲击性和耐磨性。

有色金属的强度一般较低。

例如, 常用的有色金属铝、铜、钛在退火状态的强度极限分别只有80～100MPa 、220MPa 和450～600MPa 。

因此, 设法提高有色金属的强度一直是有色冶金工作者的一个重要课题。

目前, 工业上主要采用以下几种强化有色金属的方法。

1 固溶强化纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。

合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。

形成固溶体后基体金属的晶格将发生程度不等的畸变, 但晶体结构的基本类型不变。

固溶体按合金组元原子的位置可分为替代固溶体和间隙固溶体; 按溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体; 按合金组元和基体金属的原子分布方式可分为有序固溶体和无序固溶体。

绝大多数固溶体都属于替代固溶体、有限固溶体和无序固溶体。

替代固溶体的溶解度取决于合金组元和基体金属的晶体结构差异、原子大小差异、电化学性差异和电子浓度因素。

间隙固溶体的溶解度则取决于基体金属的晶体结构类型、晶体间隙的大小和形状以及合金组元的原子尺寸。

纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。

固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。

合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。

畸变产生的应力场与位错周围的弹性应力场交互作用, 使合金组元的原子聚集在位错线周围形成“气团”。

位错滑移时必须克服气团的钉扎作用, 带着气团一起滑移或从气团里挣脱出来, 使位错滑移所需的切应力增大。

此外, 合金组元的溶入还将改变基体金属的弹性模量、扩散系数、内聚力和晶体缺陷, 使位错线弯曲, 从而使位错滑移的阻力增大。

在合金组元的原子和位错之间还会产生电交互作用和化学交互作用, 也是固溶强化的原因之一。

固溶强化遵循下列规律: 第一, 对同一合金系, 固溶体浓度越大, 则强化效果越好。