細晶強化
金屬材料力學性能提高的方法
細晶強化,是指通過晶粒粒度的細化來提高金屬的強度,多晶體金屬的晶粒邊界通常是大角度晶界,相鄰的不同取向的晶粒受力產生塑性變形時,部分施密特因子大的晶粒內位錯源先開動,並沿一定晶面產生滑移和增殖。滑移至晶界前的位錯被晶界阻擋。這樣一個晶粒的塑性變形就無法直接傳播到相鄰的晶粒中去,且造成塑變晶粒內位錯塞積。在外力作用下,晶界上的位錯塞積產生一個應力場,可以作為激活相鄰晶粒內位錯源開動的驅動力。
通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法,工業上將通過細化晶粒以提高材料強度。晶界越多,晶粒越細,根據霍爾-配奇關係式,晶粒的平均值(d)越小,材料的屈服強度就越高。
通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體,晶粒的大小可以用單位體積內晶粒的數目來表示,數目越多,晶粒越細。實驗表明,在常溫下的細晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強度、硬度、塑性和韌性。這是因為細晶粒受到外力發生塑性變形可分散在更多的晶粒內進行,塑性變形較均勻,應力集中較小;此外,晶粒越細,晶界面積越大,晶界越曲折,越不利於裂紋的擴展。故工業上將通過細化晶粒以提高材料強度的方法稱為細晶強化。
晶粒越細小,位錯集群中位錯個數(n)越小,根據τ=nτ0,應力集中越小,所以材料的強度越高;
細晶強化的強化規律,晶界越多,晶粒越細,根據霍爾-配奇關係式,晶粒的平均值(d)越小,材料的屈服強度就越高。
1,增加過冷度;
2,變質處理;
3,振動與攪拌;
4,對於冷變形的金屬可以通過控制變形度,退火溫度來細化晶粒。