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    什么是合金強(qiáng)化機(jī)制到底有哪些?

    合金強(qiáng)化

    合金強(qiáng)化是一個(gè)比較大而廣泛的概念,大致上可理解為在金屬中加入合金元素,并提高合金的強(qiáng)度;具體說是提高金屬抵抗范性形變能力的有效和常用方法。

    合金元素可以以多種形式存在于基體中:作為溶質(zhì)原子在固溶體中無序分布,與溶劑原子組成有序結(jié)構(gòu),形成在結(jié)構(gòu)與成分上與基體不同的彌散質(zhì)點(diǎn),并形成尺寸相當(dāng)?shù)膹?fù)相混合物等;它們對位錯運(yùn)動的不同程度的阻礙作用是使合金獲得高強(qiáng)度的直接原因。合金元素通過改變基體點(diǎn)陣類型,也能使基體晶粒細(xì)化,增大基體的淬透性,間接地提高合金的強(qiáng)度。
    不同種類的合金強(qiáng)化過程,有不同形式的強(qiáng)化機(jī)制。
    固溶強(qiáng)化
    溶解在固溶體中的合金元素引起的強(qiáng)化稱為固溶強(qiáng)化

    最基本的情況是合金元素的原子無序地分布在基體中,構(gòu)成均勻的單相固溶體。由于合金原子與位錯之間存在著力學(xué)的、化學(xué)的以及電學(xué)的相互作用,而相互作用能又是位錯與溶質(zhì)原子相對位置的函數(shù),因此滑移面上的位錯就如同處在混亂分布的大大小小的能峰與能谷之間,構(gòu)成了位錯滑移的障礙,全部相互作用的統(tǒng)計(jì)效果決定著驅(qū)使位錯運(yùn)動所必須的應(yīng)力。碳在鋼的馬氏體中的作用可以作為這種機(jī)制的一個(gè)例子。

    若溫度和時(shí)間條件允許,溶質(zhì)原子趨向于擴(kuò)散到能量最有利的位置,結(jié)果在位錯周圍會形成溶質(zhì)原子氣團(tuán),成為有成分偏聚的固溶體。在這種情況下,無論位錯先從氣團(tuán)中掙脫出來再運(yùn)動,還是拖著溶質(zhì)原子氣團(tuán)一起運(yùn)動,都需要外力做更多的功。這些過程與鋼中的明顯屈服點(diǎn)、應(yīng)變時(shí)效和藍(lán)脆現(xiàn)象有密切關(guān)系。

    第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化

    在合金中常常用彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)來提高強(qiáng)度,最高強(qiáng)度對應(yīng)于第二相質(zhì)點(diǎn)尺寸不大,且呈高度彌散分布的狀態(tài),這些第二相往往是金屬化合物或氧化物,比基體硬得多。

    如第二相質(zhì)點(diǎn)是利用固溶體脫溶沉淀產(chǎn)生的,稱沉淀強(qiáng)化。在高強(qiáng)度鋁合金、鋼、鎳基高溫合金中廣泛地應(yīng)用著這種強(qiáng)化方法。

    沉淀化機(jī)制與產(chǎn)生沉淀質(zhì)點(diǎn)的時(shí)效處理有關(guān)(見固溶體的脫溶分解),典型的發(fā)展過程可描述如下。合金的起始強(qiáng)度相當(dāng)于過飽和固溶體。沉淀初期新相與基體共格,尺寸很小而且彌散,屈服強(qiáng)度決定于位錯切過沉淀相所需克服的阻力,包括共格應(yīng)力、沉淀相內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相界面效應(yīng)等因素的貢獻(xiàn)。隨著新相的長大,以及界面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,位錯切割沉淀相質(zhì)點(diǎn)逐漸困難。按奧羅萬機(jī)制,當(dāng)位錯線能夠達(dá)到的曲率半徑與滑移面上粒子間距相當(dāng)時(shí),位錯會以類似于弗蘭克-里德源的形式繞過障礙粒子,而在第二相粒子上留下一個(gè)位錯圈。這時(shí)質(zhì)點(diǎn)間距成為控制屈服強(qiáng)度的主要因素,因而,在時(shí)效后期屈服強(qiáng)度有隨時(shí)效時(shí)間延長而降低的現(xiàn)象。


    合金中的第二相質(zhì)點(diǎn)還可以借助于內(nèi)氧化、粉末燒結(jié)等方法引入,在技術(shù)上稱為彌散強(qiáng)化。彌散硬化的質(zhì)點(diǎn)常用高硬度氧化物。


    第二相質(zhì)點(diǎn)一般都增大合金的加工硬化率。


    有序合金的強(qiáng)化
    由于同類原子和異類原子的鍵合能不同,固溶體中原子分布也不是完全雜亂的,可能存在異類原子在點(diǎn)陣中局部地或整體地有規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)超結(jié)構(gòu)即短程序或長程序(見有序-無序相變),由這種有序結(jié)構(gòu)而引起的強(qiáng)化稱有序合金強(qiáng)化。

    對于以尺寸相當(dāng)?shù)膬上嗷蚨嘞嗷旌衔锝M成的合金,除在每一相中上述強(qiáng)化機(jī)制仍起作用之外,還要計(jì)入相界面對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

    在特殊情況下,合金元素引起固溶體屈服強(qiáng)度降低,例如某些硅合金以及在低溫下的某些鐵合金,稱為固溶軟化效應(yīng)。

    鋁合金強(qiáng)化機(jī)制有哪些?


     1.固溶強(qiáng)化
      
      純鋁中加入合金元素,形成鋁基固溶體,造成晶格畸變,阻礙了位錯的運(yùn)動,起到固溶強(qiáng)化的作用,可使其強(qiáng)度提高。根據(jù)合金化的一般規(guī)律,形成無限固溶體或高濃度的固溶體型合金時(shí),不僅能獲得高的強(qiáng)度,而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶體,并且均有較大的極限溶解度,因此具有較大的固溶強(qiáng)化效果。
      
     2.時(shí)效強(qiáng)化
      

      合金元素對鋁的另一種強(qiáng)化作用是通過熱處理實(shí)現(xiàn)的。但由于鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,所以其熱處理相變與鋼不同。鋁合金的熱處理強(qiáng)化,主要是由于合金元素在鋁合金中有較大的固溶度,且隨溫度的降低而急劇減小。所以鋁合金經(jīng)加熱到某一溫度淬火后,可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時(shí),其強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間的延長而增高,但塑性、韌性則降低,這個(gè)過程稱為時(shí)效。在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱為自然時(shí)效,在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效。時(shí)效過程中使鋁合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。其強(qiáng)化效果是依靠時(shí)效過程中所產(chǎn)生的時(shí)效硬化現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)的。
      
      3.過剩相強(qiáng)化
      
      如果鋁中加入合金元素的數(shù)量超過了極限溶解度,則在固溶處理加熱時(shí),就有一部分不能溶入固溶體的第二相出現(xiàn),稱為過剩相。在鋁合金中,這些過剩相通常是硬而脆的金屬間化合物。它們在合金中阻礙位錯運(yùn)動,使合金強(qiáng)化,這稱為過剩相強(qiáng)化。在生產(chǎn)中常常采用這種方式來強(qiáng)化鑄造鋁合金和耐熱鋁合金。過剩相數(shù)量越多,分布越彌散,則強(qiáng)化效果越大。但過剩相太多,則會使強(qiáng)度和塑性都降低。過剩相成分結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,熔點(diǎn)越高,則高溫?zé)岱€(wěn)定性越好。
      
      4.細(xì)化組織強(qiáng)化
      
      許多鋁合金組織都是由α固溶體和過剩相組成的。若能細(xì)化鋁合金的組織,包括細(xì)化α固溶體或細(xì)化過剩相,就可使合金得到強(qiáng)化。
      
      由于鑄造鋁合金組織比較粗大,所以實(shí)際生產(chǎn)中常常利用變質(zhì)處理的方法來細(xì)化合金組織。變質(zhì)處理是在澆注前在熔融的鋁合金中加入占合金重量2~3%的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物:2/3NaF+1/3NaCl),以增加結(jié)晶核心,使組織細(xì)化。經(jīng)過變質(zhì)處理的鋁合金可得到細(xì)小均勻的共晶體加初生α固溶體組織,從而顯著地提高鋁合金的強(qiáng)度及塑性。


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