固溶強化和析出強化有什麼區別,固溶強化和析出強化有什麼區別

時間 2021-08-30 09:08:44

1樓:暴走少女

一、方法不同

1、固溶強化

固溶強化,是指純金屬經過適當的合金化後,強度、硬度提高的現象。其原因可歸結於溶質原子和位錯的互動作用,這些作用起源於溶質引發的區域性點陣畸變。固溶體可分為無序固溶體和有序固溶體,其強化機理也不相同。

2、析出強化

析出強化即沉澱強化,沉澱硬化是指金屬在過飽和固溶體中溶質原子偏聚區和(或)由之脫溶出微粒彌散分佈於基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。

二、原理不同

1、固溶強化

在合金中當溶質原子以固溶形式溶入基體中,使合金發生強化,稱為固溶強化.固溶強化又可按溶質原子在基體中的分佈狀況分成均勻強化和非均勻強化,前者指溶質原子混亂分佈於基體中時的強化作用,後者指溶質原子優先分佈在晶體缺陷附近,或作有序排列時的強化。

2、析出強化

沉澱硬化機理是因為金屬材料中第二相粒子從過飽和固溶體裡析出而引起應變,從而引起金屬點陣的強化。造成最大強化是在形成可見的第二相粒子之前,這個階段稱為析出的孕育階段。

在這個階段,要析出來形成第二相的原子,傾向於成群地堆積,它們與母相保持連續的共格聯絡,就在這個時候發生了最大的應變,從而產生了最大的強化。

三、應用不同

1、固溶強化

微量或少量元素對 pt 和 pt-rh 合金的高溫強度有明顯的影響,溶質w、mo、ir、ru、os、re 等內聚能很高,它們對pt、pd的強化效果很好,所有過渡族元素及cu、ag和au在pt中也有相當高的固溶度,特別是週期表中pt附近的元素與pt形成連續固溶體。在不甚高的溫度範圍內,這些元素對pt均有不同程度的固溶強化作用。

2、析出強化

馬氏體型沉澱硬化不鏽鋼通常是在馬氏體狀態下**,經過簡單的時效處理進行沉澱硬化。馬氏體沉澱硬化不鏽鋼的效能可以通過馬氏體形成與沉澱硬化機理中的一種或兩種共同作用來獲得,它是沉澱硬化不鏽鋼中應用最廣泛的鋼種。

2樓:阿斯頓521馬丁

固溶強化和析出強化的微觀機理及其研究進展(本人小結)

金屬材料的微觀強化機理可以分為許多種。以鋼鐵材料為例,其強化機理可以分為:1)晶界強化;2)固溶強化;3)析出強化;4)相變強化;5)有序化強化等等。

[1] 固溶強化和析出強化是金屬材料的其中兩種較為典型的強化方式。 1 固溶強化

一般來說,無論置換固溶體還是間隙固溶體,固溶體的硬度、強度總是比組成它的純金屬要高,並且隨著溶質原子濃度的增加,溶質原子和溶劑原子尺寸差別的增大(置換固溶體情況下),強化的效果加大。比如,低碳鋼在常溫狀態屬於體心立方晶格結構的材料,較小原子半徑的元素如c、n,通常以間隙的形式固溶在鐵的晶格之中,多數合金元素的原子如nb、v、ti、mo、al等等都置換晶格某個鐵原子的位置的形式。固溶造成晶格的畸變,使鋼的屈服強度提高。

這種由於溶質原子的固溶而引起的強化效應,即稱為「固溶強化」。[2]

就固溶強化的微觀機理而言,固溶強化是由於溶質原子和位錯的互動作用的結果。溶質原子和位錯的互動作用就其性質而言,可以是彈性的、化學的、電性的和幾何的等幾種型別。溶質原子可以偏聚到位錯周圍形成各種氣團,也可以是均勻不規則地分佈在基體中,這兩種情況都可以使金屬材料的基體造成強化。

[3]在幾種性質型別的互動作用中,溶質原子和位錯的彈**互作用最為重要。

晶體中的溶質原子是點缺陷的一種,會引起其周圍發生彈性畸變。為了簡化處理,假設將這種畸變看作是球形的,它的模型類似於在一個晶體中挖去一個半徑為r0的空洞,相當於在晶體中取走了一個半徑為r0的溶質原子,然後往空洞處填進一個半徑為r的剛性球(r相當於溶質原子半徑),這樣就會在空洞周圍引起彈性畸變,假如是屬於球形畸變,點缺陷引起的體積變化△v=4πr03ε,其中ε為失配度(r-r0)/r。因為是球形畸變,它和位錯的正應力場會起作用,位錯中的正應力分量的平均值可以用水靜壓力錶示:

p=(σxx+σyy+σzz)/3。將刃型位錯正應力場表示式代入後整理得到:p=-(1+ν/1-ν)(gb/π)(y/x2+y2)/3。

若以柱座標表示:p=-(1+ν/1-ν)(gb/π)(sinθ/r)/3,其中r為點缺陷與位錯間的距離。

當晶體中存在缺陷時,克服位錯應力所做功為:w=-p△v=4(1+ν)gbr03εsinθ/3r(1-ν)。這個功也就是點缺陷和位錯的互動作用能。 由此,可以作出以下幾點討論:

(1)如果互動作用能為負值,w<0,則表示位錯和溶質原子相互吸引;如果為正值,w>0,則表示位錯和溶質原子相互排斥。

(2)互動作用能w ∝ r -1 ,即距離位錯中心越近,|w|越大。但是r不能小於位錯寬度,否則無意義。

(3)如果ε>0,表示溶入的溶質原子引起體積膨脹,使互動作用能增加,表示溶質原子和位錯相互排斥。對於正刃型位錯而言,點缺陷所處的位置不同情況不一樣。若π>θ>0,即溶質原子位於正刃型位錯上方,則w>0,位錯和溶質原子相互排斥。

若π<θ<2π,即溶質原子位於正刃型位錯下方,w<0,位錯和溶質原子相互吸引。所以,對於半徑大的置換溶質原子,一定是位於位錯受膨脹部分才比較穩定。

(4)如果ε<0,表示溶質原子溶入後晶體體積收縮,對正刃型位錯而言,若π>θ>0,溶質原子位於位錯上方的受壓縮部分,w<0,即意味著在刃型位錯壓縮區將吸引比溶質原子尺寸小的溶質原子。通常把圍繞位錯而形成的溶質原子聚集物,稱為「柯氏氣團」,它可以阻礙位錯運動,產生固溶強化效應。

類似「柯氏氣團」,還有「史氏氣團」也產生固溶強化效應。另外「鈴木氣團」也產生相對較弱的固溶強化效應。

「柯氏氣團」的概念最早由cottrell提出。間隙式或者置換式溶質原子在刃型位錯彈**互作用

時,互動能為負的情況下,溶質在基體中不會形成均勻分佈(當然是指在位錯應力場範圍內),它們要偏聚到位錯周圍,形成所謂「柯氏氣團」。此時,位錯如果要運動就必須從氣團中掙脫出來或者拖著氣團一起運動。於是產生了較強的固溶強化效應。

「史氏氣團」即「snoek氣團」。當間隙溶質原子在體心立方晶體中產生非對稱畸變時,它既和刃型位錯也和螺型位錯發生互動作用。c、n原子和α-fe中的螺型位錯互動作用形成的氣團,即為「史氏氣團」。

「史氏氣團」比「柯氏氣團」容易在鋼鐵材料中形成,但它的運動阻力和「柯氏氣團」差不多。實際上,我們通常說的c(n)原子在α-fe中形成氣團,即包括這兩種形式。只是從與位錯的互動作用分析,我們將它們人為地分開了。

氣團理論由cotrell提出,既包括了柯氏氣團,也包括史氏氣團。

「鈴木氣團」與「柯氏氣團」有所不同。在面心立方金屬中,全位錯帶常可以分解為兩個肖克萊位錯,中間夾以層錯區。在層錯區原子的錯排構成兩個原子層厚的hcp結構。

溶質原子在基體中與在層錯中的分佈是不同的。溶質原子在層錯區的偏聚可以降低層錯能。如果擴充套件位錯從富集溶質的層錯中運動出來,將使系統自由能升高,外力必須克服阻力作功。

溶質原子在層錯中的偏聚即稱為「鈴木氣團」。「鈴木氣團」是首先由suzuki(鈴木)提出來的。因為鈴木氣團不像柯氏氣團那樣產生點陣畸變,因此鈴木氣團不屬於彈**互作用,而被認為是一種化學的互動作用。

鈴木氣團的阻力比較小,只有柯氏氣團的1/10。[3]

假如溶質原子不是偏聚到位錯周圍,或者不是作有序分佈,也就不形成上述的幾種氣團,而是以單個原子或原子團的形式無規則地在基體中分佈,位錯在基體中運動,也會產生互動作用。此時引起均勻固溶強化。[3]

有關均勻固溶強化的理論主要有mott-nabarro理論和fleischer理論。

mott-nabarro理論認為均勻固溶強化主要是由溶質與基體原子的失配度產生的內應力場造成。位錯線在運動時是可彎曲的,彎曲的程度反映了溶質原子作用的強弱。而且溶質原子間距的每一段都對位錯運動構成阻力。

在mott-nabarro理論中只考慮了原子尺寸因素,fleischer理論則進一步綜合考慮彈性模量與原子尺寸的共同影響。

fleischer理論在銅基合金中得到了很好的證實。而在鐵基合金中,尺寸因素在固溶強化中起主要作用。

除了溶質原子和位錯發生互動作用,空位也能夠和位錯發生互動作用,而且一般情況下要超過溶質原子引起的強化。[3]

目前,研究者們對有關固溶強化的研究不僅關注於固溶強化的機理,也關注具體的一些元素以及固溶時間等在固溶強化中的作用。 如 2 析出強化

位錯和第二相互動作用形成第二相強化。對於一般合金來說第二相強化往往比固溶強化效果更為顯著。根據獲得第二相的工藝不同,按習慣將各種第二相強化分別稱呼。

其中通過相變熱處理獲得的稱為析出強化(也稱沉澱強化);而把通過粉末燒結獲得的,稱為彌散強化。有時也不加區分地混稱為分散強化或顆粒強化。[4] 如果要單獨對析出強化給出一個定義。

析出強化是指金屬在過飽和固溶體中溶質原子產生偏聚和(或)由之脫溶出微粒彌散分佈於基體中而產生的一種強化。

析出強化在微合金鋼等金屬材料的生產中有相當重要的作用。微合金鋼生產中,只加入微量的合金元素,只能形成碳、氮化物,主要通過細晶強化和析出強化來進行強化。微合金化鋼的特點之一就是利用碳、氮化物的溶解—析出行為。

微合金鋼的基體內分佈的碳、氮化物,還有金屬間化合物、亞穩中間相等第二相質點的析出在間界、運動位錯之間產生的相互作用,導致鋼的流變應力和屈服強度的提高。這就是微合金鋼的析出強化。,

就位錯與第二相的互動作用而言,一般將第二相分為變形的和不變形的兩大類,其強化機制不同。

對於多數的析出強化合金,在經過固溶處理及時效後,在其早期階段,析出相的尺寸小,與基體保持共格,這時的析出相是可以變形的,位錯可以切過析出相。當析出相有一定尺寸的時候,就屬於不可變形的,運動位錯接近它們時,只能繞過它們。像鋼中的碳化物、氮化物一般都是不可變形的。

對於可變形的析出相,其強化效果主要決定於析出相的本性,由於強化**的不同,可以有不同的機制。對於不變形的析出相,其強化效果主要決定於第二相尺寸或相間的平均距離。析出相對位錯的障礙力集中施加在位錯的釘扎點上。

可變形第二相的切過機制下,位錯穿越質點,能夠造成共格應變以及對層錯、有序化以及彈性模量等產生種種影響。例如析出強化合金在經過固溶處理和時效後,析出相與基體保持共格,因而能夠產生共格應變能。這種共格應變能是由析出相與基體原子的錯配度引起的。

當位錯在析出相的共格內應力場中運動時,因彈**互作用產生強化。但是當析出的第二相尺寸增加到一定數值時,共格便遭到破壞,這一強化因素就不再起作用。

奧羅萬orowan強化是析出強化的一種很重要的機制。位錯繞過不變形質點所產生的強化即稱奧羅萬強化。當析出的第二相不變形時,位錯不能切過它,而只能繞過去。

從簡化的奧羅萬公式:τ=μb/ι可以看出對於不變形的第二相,屈服應力和第二相的性質無關,只取決於質點間距l,並與l成反比。在析出強化合金中,第二相體積恆定時,隨著第二相的粗化,質點間距加大,屈服應力降低。

但是這個方程只能對屈服應力作數量級的估算,應用時還需要考慮位錯偶的影響、位錯的線張力等因素,進行修正。

一般說來,析出強化產生的強化作用在析出的第二相是尺寸細小、數量較多而且分佈均勻的情況下,可以使材料獲得最大的強化效果。比如在nb、v、ti三種微合金元素中,nb、 v和ti的微細析出相才能起這種作用,所以鋼的熱機械處理(或控軋控冷)要力圖實現細小的析出,然而0.003~0.

1mm顆粒度的析出也都能產生一定的效果。

什麼叫做固溶強化,什麼叫固溶強化

這是百科裡面的 原理solid solution strengthening 融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變,晶格畸變增大了位錯運動的阻力,使滑移難以進行,從而使合金固溶體的強度與硬度增加。這種通過融入某種溶質元素來形成固溶體而使金屬強化的現象稱為固溶強化。在溶質原子濃度適當時,可提高材料的強度...

什麼是合金固溶強化作用,什麼叫固溶強化

固溶強化目錄原理程度效果編輯本段 原理樓上的已經回答了編輯本段程度 固溶強化的程度主要取決於兩個因素 1.原始原子和新增原子之間的尺寸差別。尺寸差別越大,原始晶體結構受到的干擾就越大,位錯滑移就越困難。2.合金元素的量。加入的合金元素越多,強化效果越大。如果加入過多太大或太小的原子,就會超過溶解度。...

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