数控机床加工金属材料中的四种强化方式

第一，形变强化(或应变强化，加工硬化)

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定义

材料屈服后，随着变形程度的增加，材料的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降，这就是所谓的形变强化或加工硬化。

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机制

随着塑性变形的发展，位错密度不断增加，于是运动中位错的相互传递加剧，产生固定切削步数、位错缠结等障碍，增加了位错运动的阻力，增加了变形阻力，使塑性变形难以继续，从而提高了金属的强度。

规律:随着变形程度的增加，材料的强度和硬度增加，塑性和韧性下降，位错密度不断增加。根据公式图片可以看出，强度与位错密度ρ的半次方成正比，位错的Bertrand矢量B越大，强化效果越明显。

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方法

冷变形，如冷压、滚压、喷丸等。

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例子

冷拉钢丝可以使其强度增加一倍。

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加强的实际意义(优点和缺点)

(1)利润:

①形变强化是强化金属的有效方法。对于一些热处理无法强化的材料，可以采用形变强化来提高材料的强度，可以使强度翻倍。

②在某些工件或半成品的加工成形中，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能的重要因素，如冷拉钢丝、零件的冲压成形等。

③形变强化还可以提高零件或部件在使用中的安全性。当零件的某些部位发生应力集中或过载时，那里会发生塑性变形，过载部位的变形会因加工硬化而停止，从而提高安全性。

(2)缺点:

①形变强化也给材料的生产和使用带来麻烦。变形使强度增加，塑性降低，难以继续变形，需要消耗更多的功率。

②为了使材料继续变形，中间需要再结晶退火，使材料继续变形而不开裂，增加了生产成本。

第二，固溶强化

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定义

随着溶质原子含量的增加，固溶体的强度和硬度增加，塑性和韧性下降，称为固溶强化。

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机制

(1)溶质原子的溶解扭曲了固溶体的晶格，阻碍了位错在滑移面上的移动。

(2)位错线上偏析的溶质原子形成的科特雷尔气氛钉扎位错，增加位错运动的阻力。

(3)层错带中溶质原子的偏析阻碍了扩展位错的运动。所有阻碍位错运动，增加位错运动阻力的因素都可以提高强度。

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法律

①在固溶体的溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，强化效果越大。

②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越明显。

③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素。

④溶质原子与溶剂原子的价电子差越大，强化效果越大。

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方法

合金化，即添加合金元素。

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例子

铜镍合金的强度大于铜、镍等纯金属。

第三，细晶强化

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定义

随着晶粒尺寸的减小，材料的强度和硬度增加，塑性和韧性也提高，称为细晶强化。

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机制

其原理在于晶界位错滑移的阻滞效应。对于多晶体，位错的运动必须克服晶界的阻力。这是因为晶界两侧位错的取向不同，所以在某一晶粒中，滑移位错不能直接越过晶界进入相邻晶粒。只有当大量位错被俘获在晶界时，才能引起应力集中，才能激发相邻晶粒中位错的运动而产生滑移。所以晶粒越细，材料的强度越高。

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法律

晶粒越细，晶界面积越大。根据Hall-Page公式图片，晶粒的平均直径D越小，材料的屈服强度σs越高。

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晶粒细化方法

①在晶化过程中，可以通过增加过冷度、变质、振动和搅拌来细化晶粒，增加形核率；

②对于冷变形金属，可以通过控制变形程度和退火温度来细化晶粒；

③正火和退火可以细化晶粒；

④合金元素可加入钢中形成新相，从而抑制晶粒长大。

第四，第二阶段强化

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定义

在金属基体中存在一种或几种其它相，这些相的存在提高了金属的强度。由于获得第二相的过程不同，第二相强化分为:①析出强化:通过相变热处理获得第二相；②弥散强化:通过粉末烧结或内氧化获得第二相。

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机制

位错在运动过程中遇到第二相时，需要绕过或切穿第二相，阻碍了位错的运动，提高了材料的强度。

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例子

钢中渗碳体的存在提高了钢的强度。