第一，形變強(qiáng)化(或應(yīng)變強(qiáng)化，加工硬化)

01

定義

材料屈服后，隨著變形程度的增加，材料的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性和韌性下降，這就是所謂的形變強(qiáng)化或加工硬化。

02

機(jī)制

隨著塑性變形的發(fā)展，位錯(cuò)密度不斷增加，于是運(yùn)動(dòng)中位錯(cuò)的相互傳遞加劇，產(chǎn)生固定切削步數(shù)、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，增加了變形阻力，使塑性變形難以繼續(xù)，從而提高了金屬的強(qiáng)度。

規(guī)律:隨著變形程度的增加，材料的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性下降，位錯(cuò)密度不斷增加。根據(jù)公式圖片可以看出，強(qiáng)度與位錯(cuò)密度ρ的半次方成正比，位錯(cuò)的Bertrand矢量B越大，強(qiáng)化效果越明顯。

03

方法

冷變形，如冷壓、滾壓、噴丸等。

04

例子

冷拉鋼絲可以使其強(qiáng)度增加一倍。

05

加強(qiáng)的實(shí)際意義(優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn))

(1)利潤(rùn):

①形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法。對(duì)于一些熱處理無法強(qiáng)化的材料，可以采用形變強(qiáng)化來提高材料的強(qiáng)度，可以使強(qiáng)度翻倍。

②在某些工件或半成品的加工成形中，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能的重要因素，如冷拉鋼絲、零件的沖壓成形等。

③形變強(qiáng)化還可以提高零件或部件在使用中的安全性。當(dāng)零件的某些部位發(fā)生應(yīng)力集中或過載時(shí)，那里會(huì)發(fā)生塑性變形，過載部位的變形會(huì)因加工硬化而停止，從而提高安全性。

(2)缺點(diǎn):

①形變強(qiáng)化也給材料的生產(chǎn)和使用帶來麻煩。變形使強(qiáng)度增加，塑性降低，難以繼續(xù)變形，需要消耗更多的功率。

②為了使材料繼續(xù)變形，中間需要再結(jié)晶退火，使材料繼續(xù)變形而不開裂，增加了生產(chǎn)成本。

第二，固溶強(qiáng)化

01

定義

隨著溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性下降，稱為固溶強(qiáng)化。

02

機(jī)制

(1)溶質(zhì)原子的溶解扭曲了固溶體的晶格，阻礙了位錯(cuò)在滑移面上的移動(dòng)。

(2)位錯(cuò)線上偏析的溶質(zhì)原子形成的科特雷爾氣氛釘扎位錯(cuò)，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。

(3)層錯(cuò)帶中溶質(zhì)原子的偏析阻礙了擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的因素都可以提高強(qiáng)度。

03

法律

①在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效果越大。

②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強(qiáng)化效果越明顯。

③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素。

④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子差越大，強(qiáng)化效果越大。

04

方法

合金化，即添加合金元素。

05

例子

銅鎳合金的強(qiáng)度大于銅、鎳等純金屬。

第三，細(xì)晶強(qiáng)化

01

定義

隨著晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性也提高，稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

02

機(jī)制

其原理在于晶界位錯(cuò)滑移的阻滯效應(yīng)。對(duì)于多晶體，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)必須克服晶界的阻力。這是因?yàn)榫Ы鐑蓚?cè)位錯(cuò)的取向不同，所以在某一晶粒中，滑移位錯(cuò)不能直接越過晶界進(jìn)入相鄰晶粒。只有當(dāng)大量位錯(cuò)被俘獲在晶界時(shí)，才能引起應(yīng)力集中，才能激發(fā)相鄰晶粒中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生滑移。所以晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度越高。

03

法律

晶粒越細(xì)，晶界面積越大。根據(jù)Hall-Page公式圖片，晶粒的平均直徑D越小，材料的屈服強(qiáng)度σs越高。

04

晶粒細(xì)化方法

①在晶化過程中，可以通過增加過冷度、變質(zhì)、振動(dòng)和攪拌來細(xì)化晶粒，增加形核率；

②對(duì)于冷變形金屬，可以通過控制變形程度和退火溫度來細(xì)化晶粒；

③正火和退火可以細(xì)化晶粒；

④合金元素可加入鋼中形成新相，從而抑制晶粒長(zhǎng)大。

第四，第二階段強(qiáng)化

01

定義

在金屬基體中存在一種或幾種其它相，這些相的存在提高了金屬的強(qiáng)度。由于獲得第二相的過程不同，第二相強(qiáng)化分為:①析出強(qiáng)化:通過相變熱處理獲得第二相；②彌散強(qiáng)化:通過粉末燒結(jié)或內(nèi)氧化獲得第二相。

02

機(jī)制

位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中遇到第二相時(shí)，需要繞過或切穿第二相，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了材料的強(qiáng)度。

03

例子

鋼中滲碳體的存在提高了鋼的強(qiáng)度。