固溶体的强化作用
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固溶强化概念固溶强化概念固溶强化是一种材料加工技术,通过在原材料中添加合适的合金元素或化合物,使其在加工过程中形成均匀分布的微观结构,从而提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。
该技术广泛应用于汽车、航空航天、电子、建筑等领域。
一、固溶强化的原理1.1 固溶体固溶体是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的单一相物质。
其中一个元素是主要元素,另一个或其他元素是强化元素。
在晶格结构中,强化元素以固溶形式分散在主要元素晶格中。
1.2 固溶度固溶度是指在给定温度下,在主要元素晶格中最大可容纳的强化元素含量。
当超过这个限制时,会出现析出现象。
1.3 固溶处理固溶处理是将含有弱化和/或强化元素的合金,在高温下保持一段时间,使其达到热平衡状态,并形成均匀分布的微观结构。
这个过程被称为固溶处理。
1.4 固溶强化固溶强化是指在固溶处理后,通过快速冷却或沉淀硬化等方法,使强化元素保持在主要元素晶格中,并形成均匀分布的微观结构。
这个过程被称为固溶强化。
二、固溶强化的应用2.1 汽车工业汽车发动机和变速器零件需要具有高强度、高耐磨性和高耐蚀性。
通过固溶强化技术,可以提高这些零件的力学性能和耐蚀性能。
2.2 航空航天工业航空航天行业需要使用轻量、高强度、高温下不易变形的材料。
通过固溶强化技术,可以提高这些材料的力学性能和耐热性能。
2.3 电子工业电子设备需要使用具有良好导电性和抗氧化性的材料。
通过固溶强化技术,可以提高这些材料的导电性和抗氧化性。
2.4 建筑工业建筑行业需要使用具有高耐腐蚀性的钢材。
通过固溶强化技术,可以提高钢材的耐腐蚀性能。
三、固溶强化的优缺点3.1 优点(1)可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。
(2)可以提高材料的导电性和抗氧化性。
(3)可以使材料更加轻量化。
3.2 缺点(1)固溶强化过程需要高温处理,会增加成本和能源消耗。
(2)固溶强化后的材料可能会出现析出现象,影响其力学性能和耐腐蚀性能。
四、固溶强化技术的发展趋势4.1 精细化制备技术随着制备技术的不断进步,可以精确控制合金中各元素的含量和分布,从而实现更好的固溶强化效果。
镁合金固溶强化和时效强化的意义镁合金是一种重要的结构材料,具有低密度、高比强度和良好的加工性能等优点。
然而,纯镁具有较低的强度和较差的耐腐蚀性,限制了其在实际应用中的推广和应用。
为了改善镁合金的性能,人们发展出了固溶强化和时效强化等方法。
固溶强化是通过将合金元素溶解在镁基体中,形成固溶体,从而提高合金的强度和硬度。
固溶强化的主要目的是通过增加固溶体中的合金元素的含量,形成固溶体溶解度限度内的固溶体,使合金中的固溶体相变得更加均匀。
固溶强化可以通过合金化元素的选择和添加方式来实现。
固溶强化的意义在于,通过增加固溶体中的合金元素含量,可以提高合金的强度和硬度,从而改善合金的力学性能。
此外,固溶强化还可以提高合金的耐腐蚀性和耐磨性,延长合金的使用寿命。
固溶强化可以广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
时效强化是在固溶处理后,通过固溶体的再结晶和析出过程,使合金中形成弥散的析出相,从而提高合金的强度和硬度。
时效强化的主要目的是通过合金中的析出相的形成和分布来改善合金的力学性能。
时效强化可以通过合金的热处理和冷却过程来实现。
时效强化的意义在于,通过合金中的析出相的形成和分布,可以提高合金的强度和硬度,从而改善合金的力学性能。
此外,时效强化还可以提高合金的耐腐蚀性和耐磨性,延长合金的使用寿命。
时效强化可以广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
固溶强化和时效强化是镁合金强化的两种常用方法,它们可以单独使用,也可以组合使用。
固溶强化和时效强化的组合使用可以进一步提高合金的强度和硬度,改善合金的力学性能。
固溶强化和时效强化还可以通过调整合金的成分和处理工艺来实现,进一步提高合金的性能。
固溶强化和时效强化是改善镁合金性能的重要方法。
通过固溶强化和时效强化,可以提高镁合金的强度、硬度、耐腐蚀性和耐磨性,延长合金的使用寿命。
固溶强化和时效强化可以单独应用,也可以组合使用,通过调整合金的成分和处理工艺,进一步提高合金的性能。
金属强化机制一.固溶强化通过溶入某种溶质元素形成固溶体(固溶体:就是固体溶液,是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体,保持溶剂元素的晶体结构)而使金属强度硬度提高的现象称为固溶强化。
分为间隙固溶强化(尺寸比较小的间隙原子引起的强化如:Fe 与 C ,N ,O ,H 形成间隙固溶体)和置换固溶强化(尺寸比较大的置换原子引起的强化如:Fe与Mn、Si 、Al 、Cr 、Ti 、Nb等形成置换固溶体)。
1.固溶强化机制:运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。
由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同,溶质原子的溶入必然引起一些现象,例如:溶质原子聚集在位错周围钉扎住位错(弹性交互作用);溶质原子聚集在层错处,阻碍层错的扩展与束集(化学交互作用);位错与溶质间形成偶极子(电学交互作用)。
这些现象都增加了位错运动的阻力,使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高了金属的强度和硬度。
2.固溶强化的规律:(1)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(2)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(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。
3. 实例: 纯Cu 中加入19%的Ni ,可使合金的强度由220MPa 提高到380~400MPa ,硬度由44HBS 升高到70HBS ,而塑性由70%降低到50%,降幅不大。
若按其它方法(如冷变形加工硬化)获得同样的强化效果,其塑性将接近完全丧失。
二. 细晶强化金属的晶粒越细,单位体积金属中晶界和亚晶界面积越大,金属的强度越高,这就是细晶强化,主要分为晶界强化和亚晶界强化两大类。
固溶体性能特点及应用
固溶体是指由两种或更多种元素组成的晶体,在化学成分上互相溶解,形成具有稳定结构、统一成份和一致晶格的金属合金。
固溶体具有以下的性能特点:
1. 合金成份可变
固溶体是由两种或多种元素构成的合金,其共同组成的比例可以发生变化。
因此,它具有多种不同的成份或化学组成的可能性。
用这一特性可以研究和制造出各种不同种类的金属材料。
2. 对某些物理性能的改善
当固溶体的组成发生微小变化时,它的物理性能有可能会发生改善。
例如,当合金中含有一定量的铜、镍和铝时,它的强度和硬度都会得到提高。
而当合金中含有适量的铝和钛时,就会增强其耐腐蚀性。
3. 改善材料的可加工性
固溶体的可加工性和成份的比例有密切的关系。
一些金属合金的加工性能,如成型和加工难度以及耐磨性等,都与合金成份的比例相关。
通过改变成份的比例,可以更好的改善合金的可加工性。
4. 优良的力学性能
由于固溶体的共晶固化和固溶体强化机制能够在特定的成份范围内提高合金的强度和硬度。
这种特殊的力学性能在一些特定的应用中得到了应用。
在现代工业中,固溶体应用极为广泛。
例如,身穿纤维防护服的硬质合金、在汽车工业中广泛使用的铝合金轮毂、在火箭发射器发动机上广泛使用的镍等。
另外,固溶体也用于生产儿童玩具、生产家居用品,还广泛用于其他汽车部件的生产,如汽车制动器、车门锁等等。
固溶强化作用机理
固溶强化作用是指在某种固溶体中加入另一种元素或化合物,能够提高原固溶体的强
度和硬度,而这种现象就被称为固溶强化作用。
1.晶格畸变作用
这种机理是指固溶元素的离子半径与基体元素的离子半径相比较大或者相比较小,从
而导致微小的晶格畸变。
这种畸变能够提高固溶体的强度和硬度。
2.电子云相互作用作用
这种机理是指固溶元素所带的电子向基体元素所带的电子相互作用。
这种相互作用能
够在固溶体中形成电子云和离子之间的相互作用,从而增强了固溶体的结合力和稳定性。
3.位错堵塞作用
这种机理是指固溶元素进入到晶格内部,在阻止位错的移动和扩散时起到了相当作用。
固溶元素的存在能够减缓位错并限制位错动态,从而增强了固溶体的强度和硬度。
固溶强化作用的机理是很复杂的,涉及到诸多的因素,比如固溶度、固溶元素的半径、电子结构、原子状态等等。
了解固溶强化作用的机理,对于合金材料的设计和合金强化有
着非常重要的意义。
固溶体的价电子结构与固溶强化
固溶体的价电子结构与固溶强化是材料科学领域极为重要的方面,广泛应用于多种工具和器件的制造中。
电子结构反映出材料的知识,也会影响固溶体的性能表现。
因此,研究固溶体的价电子结构与固溶强化等关系,对提升材料性能具有重大意义。
固溶体的价电子结构是由各个原子的受子态、特征波函数及称为电子饱和的键核外影响的固有方向以及内部介电位决定的。
受子态的改变、特征波函数的扩展和由具体固溶体决定的内部介电位键核等参数,将直接影响固溶体本身的刚性和机械强度,也直接影响固溶体强度的提升,进而改变整体性能表现。
固溶体材料的强度主要受其价电子结构的影响,特别是电子饱和的键核外电子层的影响。
受子态的改变和特征波函数的扩展将影响电子饱和的键核外电子层的布局,从而间接地改变固溶体的价电子结构,从而改变材料的机械性能和热性能。
固溶强化方法能够有效地调整固溶体材料的结构,改变固溶体价电子结构,控制固溶大小,降低晶格常数,提高晶体热阻和导电性能,以及改善固溶体的力学性能和耐腐蚀性能等,进而改善固溶体的整体价电子结构。
综上所述,固溶体的价电子结构与固溶强化之间存在着千丝万缕的联系,调整固溶体价电子结构及实施固溶强化,可以改变固溶体的整体性能表现,从而满足不同应用需求。
因此,我们可以利用固溶体的价电子结构和固溶强化来改进材料的性能,开发出满足应用要求的新型材料。
固溶处理是让什么是什么提高改善什么
当我们谈到固溶处理时,我们指的是一种常见的金属处理方法,用于改善金属的性能和特性。
固溶处理的原理主要是通过溶质原子在固溶体中的均匀分布,达到提高金属的强度、硬度和耐腐蚀性能的效果。
在实际工程中,固溶处理通常被广泛应用于各种金属和合金的生产和加工过程中。
首先,固溶处理能够提高金属的强度和硬度。
通过在金属晶格中均匀分布溶质原子,固溶处理可以有效地阻碍金属晶粒的滑移和位错运动,从而提高金属的抗拉伸性能和硬度。
这使得固溶处理后的金属更加耐磨损和耐冲击,适用于各种高强度要求的工程应用。
其次,固溶处理可以改善金属的耐腐蚀性能。
通过固溶处理,金属的晶界和晶内缺陷得以修复,同时溶质原子的均匀分布也能够形成一层保护膜,有效防止金属表面的氧化和腐蚀。
这种改善后的耐腐蚀性能使得金属可以在恶劣环境下长期稳定运行,延长了材料的使用寿命。
另外,固溶处理还能够提高金属的加工性能。
通过固溶处理,金属的晶粒尺寸可以被细化,晶界强化效应得以增强,使得金属更易于加工成形和成型。
这不仅可以提高金属的生产效率,还可以减少材料的损耗,降低生产成本,从而在工程实践中具有广泛的应用前景。
总的来说,固溶处理是一种重要的金属处理方法,能够显著改善金属的性能和特性,提高金属的强度、硬度和耐腐蚀性能,同时也可以提高金属的加工性能,为各种工程应用提供坚实的支撑。
在未来的发展中,固溶处理技术将继续得到广泛应用,为金属材料领域带来更多的创新与进步。
1。
固溶强化和细晶强化的相同点和不同点1.引言1.1 概述固溶强化和细晶强化都是金属材料中常见的强化方法,通过对金属结构的处理来提高材料的强度和硬度。
固溶强化主要通过溶解其他元素来改变基体的原子排列结构,从而增加材料的强度。
而细晶强化则是通过控制晶粒尺寸来提高材料的性能。
尽管二者的目的相同,但它们的实现方法和效果有所不同。
固溶强化是向金属基体中引入其他元素,并通过热处理使这些元素均匀溶解在基体中,从而改变基体的晶格结构。
这样做可以使原子之间的间隙更小,增加了晶体之间的相互阻挡效应,从而提高了材料的强度和硬度。
固溶强化的过程就像是在基体中添加了“障碍物”,阻碍了晶体的滑移和位错的运动。
相比之下,细晶强化主要通过控制金属材料的晶粒尺寸来提高材料的性能。
通常情况下,细小的晶粒能够提供更多的晶界强化效应,晶界能够有效地阻碍位错的滑移和扩展。
细晶强化的方法主要包括变形加工、热处理和添加强化剂等。
在这些方法的作用下,原本较大的晶粒会被细化,从而增加材料的强度和塑性,并且提高材料的耐疲劳和耐腐蚀性能。
总的来说,固溶强化和细晶强化都是在金属材料中引入一些外部因素来改善材料性能的方法。
固溶强化主要通过控制金属晶体的组成来增加强度,而细晶强化则通过控制晶粒尺寸来提高材料的性能。
这两种方法在理论和实践上都有其独特的优势,并在不同的应用领域中得到了广泛的应用。
在接下来的篇章中,我们将详细讨论固溶强化和细晶强化的要点,以及它们之间的相同点和不同点。
1.2文章结构文章目录中的1.2 "文章结构"部分应包括有关整篇文章的结构和组织的信息。
以下是可能包括在该部分的一些内容:在本文中,将详细介绍固溶强化和细晶强化的相同点和不同点。
本文将按照以下结构展开讨论:首先,引言部分将简要介绍固溶强化和细晶强化的概念和背景。
其次,正文部分将分为两个小节,分别讨论固溶强化和细晶强化的要点。
在固溶强化的要点部分,将探讨固溶强化的原理、影响因素以及在材料加工中的应用。
固溶体的强化作用虽然纯金属在实际工业生产上得到了一定的应用,但是由于其强度一般都很低,如铁的抗拉强度约为200MPa,而铝的抗拉强度还不到100MPa,显然都不符合用作工业的结构材料。
近年来,为了适应多方面的要求,各种新材料、新工艺不断出现,但是就目前来说,新材料的制造方法比较复杂,制备成本较高,市场应用不是特别广泛,所以,在今后很长一段时间之内,用的较多的仍然是一些传统材料。
目前应用的金属材料大多数是合金,新材料的广泛应用还有一段时间。
所以,对其研究仍有重大意义。
固溶体是几乎所有合金的基体相,固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。
当溶质元素的含量极少时,固溶体的性能与溶剂金属基本相同。
随着溶质含量的升高,固溶体的性能将发生明显改变,其一般规律情况是:强度、硬度逐渐升高,而塑性、韧性有所下降,电阻率逐渐升高,导电性逐渐下降,磁矫顽力升高等。
例如铜镍合金,其性能如图一。
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后,要引起溶剂金属的晶格产生畸变,进而使位错移动时所受到的阻力增大的缘故。
固溶强化是材料的一种主要的强化途径。
实践证明,适当掌握固溶体中的溶质含量,可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时,使其仍然保持相当好的塑性和韧性。
例如,向铜中加入19%镍,可使合金的σb由220MPa升高至380 -400MPa,硬度由HB44升高至HB70,而塑性仍然保持Ψ=50%。
数据结果如图一。
若将铜通过其他途径(例如冷变形时的加工硬化)获得同样的强化效果,其塑性将接近完全丧失。
十分明显,固溶强化是一种极为优异的强化方式,因而在金属材料的生产和研究中得到了极为广泛的应用,几乎所有对综合力学性能要求较高(强度、韧性和塑性之间有较好的配合)的结构材料都是以固溶体作为最主要最基本的相组成物的。
可是通过单纯的固溶强化所达到的最高强度指标仍然有限,常常不能满足人们对于结构材料的要求,因而不得不在固溶强化的基础上再补充进行其他强化处理。
在塑性韧性方面,如延伸率、断面收缩率和冲击功等,固溶体要比组成它的两个纯金属的平均值低,但比一般化合物要高得多。
因此,综合起来,固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能,因此,各种金属材料总是以固溶体为其基体相。
对于钢铁材料来说,固溶强化的作用只是其强化途径的一种,因此有一定的局限性;而对于非铁金属材料来说,固溶强化是行之有效的重要强化手段。
工业上使用的金属材料,其大多数是以固溶体为基体的,有的甚至完全由固溶体组成。
固溶强化及其变化规律也是对金属材料进行强化处理的方法之一,这将影响到对新材料的设计和现有材料性能潜力的发挥。
因而从总结归纳分析现有资料,从而揭示形成固溶体及固溶强化的本质规律,不论在理论和实践上都有其重要意义。
1.固溶体定义1.1.定义所谓固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。
这种相称为固溶体,这种组元称为溶剂,其它的组元即为溶质。
固溶体指的是一定结晶构造位置上离子的互相置换,而不改变整个晶体的结构及对称性等。
但微观结构上如结点的形状、大小可能随成分的变化而改变。
如自然界辉石就是一个多种成分的固溶体。
自然界矿物中广泛存在的离子或离子团之间的置换的化学现象,过程称为类质同像或固溶体。
晶体结晶时,其晶体结构中一种位置被两种或两种以上的不同元素(或基团)而形成混合晶体的现象,而固溶体是反映形成这种混合晶体的结构。
1.2.分类按溶质原子在晶格中的位置关系可以分为置换固溶体、间隙固溶体和缺位固溶体(其位置关系如图二所示)。
置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。
当溶剂和溶质原子直径相差不大,一般在15%以内时,易于形成置换固溶体。
铜镍二元合金即形成置换固溶体,镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体,但溶解度视不同元素而异。
影响固溶体溶解度的因素有很多,主要取决于:晶体结构、原子尺寸、化学亲和力(电负性)、原子价因素。
间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。
间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属,而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。
其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。
如铁碳合金中,铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体,皆为间隙固溶体。
按固溶度来分类,可分为有限固溶体和无限固溶体。
大多数固溶体都属此类。
而无限固溶体只可能是置换固溶体,Cu-Ni、Ag-Au、Ti-Zr、Mg-Cd等合金系都可图二:按位置关系的固溶体分类形成无限固溶体。
按溶质原子与溶剂原子的相对分布来分,可分为无序固溶体和有序固溶体。
2.固溶强化2.1.定义合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变,晶格畸变增大位错运动的阻力,使滑移难以进行,从而使合金固溶体的强度与硬度增加。
这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
2.2.固溶强化机理合金元素固溶于基体金属后,造成一定程度上的晶格畸变,晶格畸变增大了位错运动的阻力,使滑移难以进行,从而使合金固溶体的强度与硬度增加。
融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变,在溶质原子浓度适当时,可提高材料的强度和硬度,但是其韧性和塑性却有所下降。
产生固溶强化的主要原因有二:一是固溶体中溶质与溶剂的原子半径差,所引起的弹性畸变,与位错之间产生的弹性交互作用,对在滑移面上运动着的位借有阻碍作用;二是在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。
图三:合金元素对γ-Fe屈服强度的影响如图三表示了不同形式的固溶的合金元素对γ-Fe屈服强度的影响。
3.强化机理3.1.金属塑性变形机理固溶强化的作用主要在于增大金属塑性变形的抗力,当金属所受的应力大于超过其弹性极限后,金属就会要产生塑性变形。
在常温和低温的环境中,金属产生塑性变形的主要方式是通过滑移的方式进行的,有的是通过孪生等其它方式进行。
当应力超过晶体的弹性极限后,晶体中就会产生层片之间的相对滑移,大量的层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形。
3.2.固溶强化机制固溶体的强化作用表现在以下两方面,一是作为晶体的点缺陷,与位错发生弹性交互作用、化学交互作用、电化学交互作用,以影响位错运动。
3.2.1.溶质原子与位错的交互作用3.2.1.1.弹性交互作用由于点缺陷与位错的交互作用,使溶质原子在固溶体中聚集于位错线附近,形成溶质气团。
一些固溶合金在拉伸实验时出现的上、下屈服极限点现象和和时效回复效应,都是合金中存在溶质气团。
柯式气团在正刃型位错线的上半部分晶格爱挤压而处于压应力状态,线的下半部分晶格受拉而处于拉应力状态。
比溶剂原子大的置换原子及间隙原子往往扩散到位借线的下方受拉应力的部分,比溶剂原子小的置换原子扩散到线的上方受压应力的部分。
这样,偏聚于位错周围的溶质原子好像形成了一个溶质原子“气团”,称为“柯式气团”。
如图四。
柯式气团的形成,减小了晶格畸变,降低了溶质原子与位错的弹性交互作用能,使位错处于较稳定的状态,减少了可动位错数目。
这就是柯式气团对位错束缚或钉扎作用。
由于气团对位错的钉扎,使位错处于低能稳定状态,若使线运动,脱离气团的钉扎,就需要更大的外力,一旦所加外力达到所需极限,位错便摆脱气团的束缚开始发生滑移。
从而增加了固溶体合金的塑性变形抗力。
图四:溶质原子在位错附近的分布如上所述为柯式气团的钉扎作用。
除了柯式气团对位错的钉扎作用之外,柯式气团对位错还有拖曳作用,当位错运动较慢时,可以看作是它们拖着柯式气团五起运动,气团对位错表现出拖曳作用。
一般只在高温下、原子的扩散速率与位错运动速度相近时,柯式气团才产生拖曳作用。
铃木气团铃木气团层错与溶质原子发生交互作用,使层错附近溶质原子浓度不同于基质内溶质原子浓度,这种现象称为铃木效应。
当溶质原子偏聚在层错附近,使其浓度大于基体中浓度时,即形成铃木气团。
铃木气团形成的根本原因在于层错处溶质原子的能量不同于处在基质中的能量。
3.2.1.2.化学交互作用和电化学交互作用溶质原子还可与位错发生化学交互作用和电化学交互作用。
大量的塑性变形,往往要借助于位错的交滑移进行。
而位错进行交滑移时,在通过束集转移到新、旧滑移面的交线之后,要在新滑移面上滑移,还需要先分解为扩展位错。
由于溶质原子分布在滑移面上,在滑移面的某些区域或层错面上发生偏聚,会提高这些区域的层错能,使位错扩展困难,并使扩展位错难以滑移。
从而增加了变形的阻力,提高了材料的属服强度。
这是溶质原子化学交互作用的结果。
另外,溶质原子分布在位错线上,在位错周围的弹性应力场作用下,会发生极化。
即溶质中的自由电子会从压应力区流向张应力区,而正离子则不能随着电子移动。
电子流动的结展打破了正离子与自由电子间的电价平衡,使压应力区的自由电子浓度相应降低,正价离子的浓度相应增加,而成为正电极。
相反,张应力区的自由电子的浓度增加,正价离子浓度相应减少,而成为负电极。
为了维持静电价平衡,固溶体中高价溶质的正离子,通过扩散富集到张应力这里来构成了靠溶质原子与位错间的电化学作用维持的静电平衡系统。
位错要发生运动,就必须增加外力打破这种平衡。
因此它也是固溶强化的重要机制。
3.2.2.有序强化机制A、B两种原子形成有序固溶体(超结构)时,强度比纯溶剂金属的强度高。
因为相对于同样晶体形式的纯溶剂,它的单位位错的柏氏矢量更大,位错组态更为复杂。
因此位错运动的阻力也会相应增大。
当无序固溶体转变为有序固溶体时,性能发生突变:硬度及脆性显著增加,而塑性和电阻明显降低。
但是由同样成分的无序固溶体转化为有序固溶体,即发生长程有序化转变,却会使合金的强度降低。
因为,在无序固溶体中,溶质原子以间隙或置换的方式无序分布时,与位错的交互作用对位错运动产生的阻力,比形成有序固溶体对位错运动造成的阻力更大。
而无序固溶体中只有在很小范围内发生有序化,即形成短程有序结构时,才能对固溶体起到强化作用。
这种短程有序结构的点阵周期和对称性,与无序固溶体基体点阵的周期、对称性都不一样。
位错在固溶体的滑移系上运动,通过这些有序结构时,会遇到很大阻力,从而使材料得到强化。
3.3.影响因素●溶质原子的原子分数越高,强化作用越大,强化作用更为显著。
●间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化作用,且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的,故其强化作用大于面立方晶体的,但间隙原子的固溶度有限,故实际强化作用效果也有限。
不同形式的合金元素造成的点阵畸变及强化效果如图五所示。
●溶质原子与基体金属的价电子数目相差越大,固溶强化效果越明显,即固溶体的屈服强度随其增加而提高。
●溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大,原始晶粒受到的干扰就越大,位错滑移就越困难,强化作用也越大。