第一，形變強化(或應變強化，加工硬化)

01

定義

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

02

機制

隨著塑性變形的發(fā)展，位錯密度不斷增加，于是運動中位錯的相互傳遞加劇，產生固定切削步數(shù)、位錯纏結等障礙，增加了位錯運動的阻力，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度。

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

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度增加一倍。

05

加強的實際意義(優(yōu)點和缺點)

(1)利潤:

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

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形變強化還可以提高零件或部件在使用中的安全性。當零件的某些部位發(fā)生應力集中或過載時，那里會發(fā)生塑性變形，過載部位的變形會因加工硬化而停止，從而提高安全性。

(2)缺點:

①形變強化也給材料的生產和使用帶來麻煩。變形使強度增加，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，中間需要再結晶退火，使材料繼續(xù)變形而不開裂，增加了生產成本。

第二，固溶強化

01

定義

隨著溶質原子含量的增加，固溶體的強度和硬度增加，塑性和韌性下降，稱為固溶強化。

02

機制

(1)溶質原子的溶解扭曲了固溶體的晶格，阻礙了位錯在滑移面上的移動。

(2)位錯線上偏析的溶質原子形成的科特雷爾氣氛釘扎位錯，增加位錯運動的阻力。

(3)層錯帶中溶質原子的偏析阻礙了擴展位錯的運動。所有阻礙位錯運動，增加位錯運動阻力的因素都可以提高強度。

03

法律

①在固溶體的溶解度范圍內，合金元素的質量分數(shù)越大，強化效果越大。

②溶質原子與溶劑原子的尺寸差越大，強化效果越明顯。

③形成間隙固溶體的溶質元素的強化作用大于形成置換固溶體的元素。

④溶質原子與溶劑原子的價電子差越大，強化效果越大。

04

方法

合金化，即添加合金元素。

05

例子

銅鎳合金的強度大于銅、鎳等純金屬。

第三，細晶強化

01

定義

隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度和硬度增加，塑性和韌性也提高，稱為細晶強化。

02

機制

其原理在于晶界位錯滑移的阻滯效應。對于多晶體，位錯的運動必須克服晶界的阻力。這是因為晶界兩側位錯的取向不同，所以在某一晶粒中，滑移位錯不能直接越過晶界進入相鄰晶粒。只有當大量位錯被俘獲在晶界時，才能引起應力集中，才能激發(fā)相鄰晶粒中位錯的運動而產生滑移。所以晶粒越細，材料的強度越高。

03

法律

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

04

晶粒細化方法

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

②對于冷變形金屬，可以通過控制變形程度和退火溫度來細化晶粒；

③正火和退火可以細化晶粒；

④合金元素可加入鋼中形成新相，從而抑制晶粒長大。

第四，第二階段強化

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度。由于獲得第二相的過程不同，第二相強化分為:①析出強化:通過相變熱處理獲得第二相；②彌散強化:通過粉末燒結或內氧化獲得第二相。

02

機制

位錯在運動過程中遇到第二相時，需要繞過或切穿第二相，阻礙了位錯的運動，提高了材料的強度。

03

例子

鋼中滲碳體的存在提高了鋼的強度。