細(xì)晶強(qiáng)化工藝及其應(yīng)用

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1、LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY材料強(qiáng)韌化（結(jié)課論文）題目細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理及其工藝學(xué)生姓名閆旺學(xué)號(hào)132080503101專業(yè)班級(jí)材料加工工程任課教師季根順學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院日期2014.04.30第頁(yè)細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理及其工藝材料加工工程閆旺132080503101摘要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(nèi)晶粒的數(shù)目來(lái)表示，數(shù)目越多，晶粒越細(xì)。在常溫下的細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。這是因?yàn)榧?xì)晶粒受到外力發(fā)生塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較??；此外，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，晶界越

2、曲折，越不利于裂紋的擴(kuò)展。工業(yè)上將通過細(xì)化晶粒以提高材料強(qiáng)度的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。關(guān)鍵字:細(xì)晶強(qiáng)化位錯(cuò)晶界ABSTRACTPolycrystallinemetaliscomposedofapluralityofgrains,thegrainsizecanbeusedwithinanumberofgrainsperunitvolumeexpressedasthenumber,themorefinegrains.Atroomtemperature,themetalfinegrainshaveahigherstrength,hardness,ductilityandtoughn

3、essofmetalscoarsegrain.Thisisbecausethefinegrainscanbeplasticallydeformedbyexternalforceinamoredispersedcrystalgrains,uniformplasticdeformation,thestressconcentrationissmall;Furthermore,thefinerthegrainsize,thelargerthegrainboundaryarea,themoretortuousthegrainboundary,Vietnamisnotconduci

4、vetocrack.Industrywillbethroughgrainrefinementtoimprovethestrengthofthematerialisknownasfinegrainstrengthening.Keywords：FinegrainstrengtheningGrainboundarydislocations一、細(xì)晶強(qiáng)化簡(jiǎn)述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(nèi)晶粒的數(shù)目來(lái)表示，數(shù)目越多，晶粒越細(xì)。實(shí)驗(yàn)表明，在常溫下的細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬有更高的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。這是因?yàn)榧?xì)晶粒受到外力發(fā)生塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)

5、進(jìn)行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較??；此外，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴(kuò)展。故工業(yè)上將通過細(xì)化晶粒以提高材料強(qiáng)度的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化的關(guān)鍵在于晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻滯效應(yīng)。位錯(cuò)在多晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于晶界兩側(cè)晶粒的取向不同，加之這里雜質(zhì)原子較多，也增大了晶界附近的滑移阻力，因而一側(cè)晶粒中的滑移帶不能直接進(jìn)入第二個(gè)晶粒，而且要滿足晶界上形變的協(xié)調(diào)性，需要多個(gè)滑移系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作。這同樣導(dǎo)致位錯(cuò)不易穿過晶界，而是塞積在晶界處，引起了強(qiáng)度的增高?？梢姡Ы缑媸俏诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，因而晶粒越細(xì)小，晶界越多，位錯(cuò)被阻滯的地方就越多，多晶體的強(qiáng)度就越高，已經(jīng)有大量實(shí)

6、驗(yàn)和理論的研究工作證實(shí)了這一點(diǎn)。另外，位錯(cuò)在晶體中是三維分布的，位錯(cuò)網(wǎng)在滑移面上的線段可以成為位錯(cuò)源，在應(yīng)力的作用下，此位錯(cuò)源不斷放出位錯(cuò)，使晶體產(chǎn)生滑移。位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)的過程中，首先必須克服附近位錯(cuò)網(wǎng)的阻礙，當(dāng)位錯(cuò)移動(dòng)到晶界時(shí)，又必須克服晶界的障礙，才能使變形由一個(gè)晶粒轉(zhuǎn)移到另一個(gè)晶粒上，使材料產(chǎn)生屈服。因此，材料的屈服強(qiáng)度取決于使位錯(cuò)源運(yùn)動(dòng)所需的力、位錯(cuò)網(wǎng)給予移動(dòng)位錯(cuò)的阻力和晶界對(duì)位錯(cuò)的阻礙大小。晶粒越細(xì)小，晶界就越多，障礙也就越大，需要加大外力才能使晶體產(chǎn)生滑移。所以，晶粒越細(xì)小，材料的屈服強(qiáng)度就越大。細(xì)化晶粒是眾多材料強(qiáng)化方法中唯一可在提高強(qiáng)度的同時(shí)提高材料塑性、韌

7、性的強(qiáng)化方法。其提高塑性機(jī)制為：晶粒越細(xì)，在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目多，則在同樣塑性變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形較均勻，且每個(gè)晶粒中塞積的位錯(cuò)少，因應(yīng)力集中引起的開裂機(jī)會(huì)較少，有可能在斷裂之前承受較大的變形量。提高強(qiáng)度機(jī)制為：晶界增多，而晶界上的原子排列不規(guī)則，雜質(zhì)和缺陷多，能量較高，阻礙位錯(cuò)的通過。二、細(xì)晶強(qiáng)化的經(jīng)典理論一般而言，細(xì)晶試樣不但強(qiáng)度高，而且韌性也好。所以細(xì)晶強(qiáng)化成為金屬材料的一種重要強(qiáng)化方式，獲得了廣泛的應(yīng)用。在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度的定量關(guān)系的一般表達(dá)式為：σy＝σ0＋kd-n（1）式中，σy