材料強(qiáng)化機(jī)制與質(zhì)量評定(共24頁)

1、IJ I A N G S U U N I V E R S I T Y材料強(qiáng)化(qinghu)機(jī)制與質(zhì)量評定概述學(xué)院(xuyun)名稱： 汽車(qch)與交通工程學(xué)院 班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 日 期： _2015年7月30日_ 摘要(zhiyo)復(fù)合材料的強(qiáng)化(qinghu)機(jī)制和質(zhì)量(zhling)評定一直是材料學(xué)的研究熱點(diǎn), 因?yàn)檫@涉及到材料的組織設(shè)計(jì)問題。以往的研究對于金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理已有研究, 而且提出了大量的模型, 但迄今為止缺乏一個(gè)統(tǒng)一而完善的理論。本文總結(jié)分析了近年來有關(guān)金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制和一些相關(guān)的模型，根據(jù)金屬微觀強(qiáng)化機(jī)理的不同，從基本機(jī)理和工藝方面，并以金屬材料

2、為例簡要綜述其主要內(nèi)容和特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:金屬復(fù)合材料，強(qiáng)化機(jī)制，質(zhì)量評定，材料設(shè)計(jì)ABSTRACTStrengthening mechanisms and quality assessment of composite materials science has been a hot topic, as it relates to tissue material design issues. Previous studies strengthen the mechanism for metal matrix composites have been studied and made a numb

3、er of models, but so far the lack of a unified and comprehensive theory. This paper summarizes and analyzes in recent years concerning metal matrix strengthening mechanisms and some related models of composite materials, according to the microscopic metal strengthening mechanism is different from th

4、e basic mechanisms and technological aspects, as an example of a metal material and a brief overview of its main content and features.Key words: Metal composite materials, strengthening mechanisms, quality assessment, materials design目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc426040345 第一章 緒論 PAGEREF _Toc42

5、6040345 h 1 HYPERLINK l _Toc426040346 第二章 材料強(qiáng)化機(jī)制 PAGEREF _Toc426040346 h 3 HYPERLINK l _Toc426040347 2.1 金屬材料強(qiáng)化方法 PAGEREF _Toc426040347 h 3 HYPERLINK l _Toc426040348 2.2 常用金屬材料簡介 PAGEREF _Toc426040348 h 7 HYPERLINK l _Toc426040349 2.2.1 鋁合金 PAGEREF _Toc426040349 h 7 HYPERLINK l _Toc426040350 2.2.2 鎂

6、基合金 PAGEREF _Toc426040350 h 10 HYPERLINK l _Toc426040351 2.2.3 鈦基合金 PAGEREF _Toc426040351 h 14 HYPERLINK l _Toc426040352 2.2.4 鎢基合金 PAGEREF _Toc426040352 h 16 HYPERLINK l _Toc426040353 第三章 材料質(zhì)量評定 PAGEREF _Toc426040353 h 19 HYPERLINK l _Toc426040354 第四章 總結(jié) PAGEREF _Toc426040354 h 22 HYPERLINK l _Toc4

7、26040355 參考文獻(xiàn): PAGEREF _Toc426040355 h 23第一章 緒論(xln)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ，材料的生產(chǎn)和研制工作(gngzu)的不斷深入，對材料的性能和內(nèi)在的變化規(guī)律有了進(jìn)一步了解 ，從而揭示和大大提高了材料的內(nèi)在潛力 ，使其能發(fā)揮更大的作用。材料科學(xué)主要是研究材料成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互 關(guān)系和變化規(guī)律 。它為應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)提供了發(fā)展新材料 、新工藝和新技術(shù)的途徑 。眾所周知 ，金屬材料的力學(xué)性能主要取決于內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。隨著材料測試技術(shù)和顯微分析技術(shù)的進(jìn)步，加深了對材料宏觀性能和微觀精細(xì)結(jié)構(gòu)相互關(guān)系的了解，從而揭示了各種( zhn)材料強(qiáng)化的本質(zhì)和原理。由

8、于宏觀性能一微觀組織結(jié)構(gòu)一材料強(qiáng)化工藝三者存在著互相依存關(guān)系， 因此可找到強(qiáng)化金屬材料的基本途徑 。本文根據(jù)金屬微觀強(qiáng)化機(jī)理的不同，從基本機(jī)理 和工藝方面 ，并以金屬材料為例簡要綜述材料強(qiáng)化的主要內(nèi)容和特點(diǎn)。航空航天等工業(yè)的發(fā)展，極大地推動(dòng)了鋁合金的研究和應(yīng)用，特別是顆粒增強(qiáng)鋁合金材料由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能和加工性能而備受人們的關(guān)注。盡管鋁合金得到了廣泛應(yīng)用并且發(fā)展迅猛，但其基礎(chǔ)理論的研究仍相對薄弱，如增強(qiáng)機(jī)制的研究。本文闡述了鋁合金的幾種強(qiáng)化技術(shù)，介紹了細(xì)晶強(qiáng)化及其增強(qiáng)機(jī)理。簡述了幾種鋁合金強(qiáng)化技術(shù)工藝，包括旋渦攪拌鑄造法、壓力鑄造法、噴射鑄造法、熔鑄直接接觸反應(yīng)法、細(xì)晶強(qiáng)化法等。鎂合金較低

9、的強(qiáng)度和較差的高溫性能限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用, 鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制和強(qiáng)度預(yù)報(bào)涉及到材料的組織設(shè)計(jì)問題,近年來一直是材料學(xué)的研究熱點(diǎn)。為了設(shè)計(jì)高強(qiáng)鎂基復(fù)合材料需要優(yōu)化工藝參數(shù)、熱處理?xiàng)l件、陶瓷增強(qiáng)體和金屬基體的選擇。鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、耐蝕性能好以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航天、航空、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，由于鈦合金耐磨性能差， 極大地限制了其在工程上的應(yīng)用范圍。利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面制備復(fù)合材料涂層，可以明顯的提高鈦合金的耐磨性能，此方面研究在國內(nèi)外已有報(bào)道。主要的研究集中在觀察激光熔覆層材料的顯微組織變化，測試材料的耐磨性能，從而揭示出組織與性能的關(guān)系

10、。金屬鎢具有高模量、高硬度、高密度、高熔點(diǎn)、抗熱震、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良特性, 高密度、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化鎢合金及鎢基復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用。研究鎢及鎢合金的變形、強(qiáng)化機(jī)制及損傷行為, 對推動(dòng)鎢及鎢合金的發(fā)展具有重要意義。介紹了一種材料質(zhì)量評定的方法，貼近度法。貼近度是描述2 個(gè)模糊集合的接近程度的量。合材料制品的性能可以用一系列的隸屬度向量表示(單因素判定結(jié)果), 利用這些隸屬度向量, 考察2 個(gè)模糊集合的接近程度來進(jìn)行判定, 這就是用貼近度法評定復(fù)合材料制品質(zhì)量的基本思想。第二章 材料強(qiáng)化(qinghu)機(jī)制2.1 金屬材料強(qiáng)化(qinghu)方法金屬微觀強(qiáng)化(qinghu)機(jī)構(gòu)的分類，以鋼鐵

11、材料為例，其強(qiáng)化機(jī)理可分為晶界強(qiáng)化 、固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、沉淀和彌散強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、Spindal（調(diào)幅分解）和有序化強(qiáng)化七類 。2.1.1晶界強(qiáng)化晶界分大角度晶界（位向差大于 10）和小角度晶界（亞晶界位向差最大 12） ，晶界兩邊相鄰晶粒和亞晶塊的原子排列位向不同 ，處于一種畸變狀態(tài) 。晶界處位錯(cuò)密度較大 ，對金屬滑移 、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。即對塑性變形抗力較之晶粒內(nèi)部大，使晶粒變形時(shí)的滑移帶不能穿越晶界，裂紋穿越也困難。據(jù)資料報(bào)道，在室溫下，當(dāng)金屬晶粒受外力而斷裂時(shí)，真裂紋幾乎都發(fā)生在晶粒內(nèi)部 ，可見室溫下晶界強(qiáng)度較晶內(nèi) 強(qiáng)度 高。上述現(xiàn)象說明晶界的主要作用是阻礙位錯(cuò)滑移 ，對金屬塑 性

12、變形時(shí)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用 。基于這個(gè)道理 ，當(dāng)晶粒越細(xì)，晶界越多其阻礙作用越大，此時(shí)金屬材料的屈服強(qiáng)度也越高。2.1.2固溶強(qiáng)化1. 固溶強(qiáng)化的機(jī)理與分類固溶強(qiáng)化是利用點(diǎn)缺陷（間隙原子 、置換原子）對金屬基體（溶劑金屬進(jìn)行強(qiáng)化，它分為兩類 ：(1）間隙式固溶強(qiáng)化 有些元素原子直徑很小 ，如 C 、N 、 H 、B、0 等，當(dāng)它們作為溶質(zhì)元素溶入溶劑金屬（如 Fe ）時(shí)，便形成間隙式固溶體 。組織中的基本相，奧氏體（A ）是 C 在面心立方晶格的-Fe中的間隙固溶體 ，其最大溶解度 為 2. 06 % (Wt ） ，而鐵素體（F） 則是 C 在體心立方晶格的-Fe 中的間隙固溶體 ，其最大溶解

13、度只有 0.02 % （Wt ） 。當(dāng) C、N 原子嵌入 -Fe 晶格的八面體間隙中 ，使晶格產(chǎn)生不對稱正方性畸變 （ c/ a 1)造成強(qiáng)硬化效應(yīng) ，鐵基體的屈服強(qiáng)度隨間隙原子量的增大而變大 ，強(qiáng)化增量和 C 原子含量 的平方根成直線關(guān)系 。C 、N 等間隙原子在基體中與位錯(cuò)產(chǎn)生 彈性交互作用 ，當(dāng)進(jìn)入刃型位錯(cuò)附近并沿位錯(cuò)線呈統(tǒng)計(jì)分布 ， 則形成所謂“柯氏氣團(tuán)” 。當(dāng)在螺型位錯(cuò)應(yīng)力場作用下 ，C、N原子在位錯(cuò)線附近有規(guī)則排列就形成“ Snock 氣團(tuán)”。這些在 位錯(cuò)附近所形成的“氣團(tuán)”對位錯(cuò)的移動(dòng)起阻礙和釘扎作用，所以對金屬基體產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng) 。實(shí)驗(yàn)證明 ：C、N 原子造成的 強(qiáng)化增量和溫度無

14、關(guān) ，每增加 1%原子百分?jǐn)?shù)的 C、N ，可以使 基體強(qiáng)化 45kg/mm2( 2 ） 置換(zhhun)式固溶強(qiáng)化置換式溶質(zhì)原子在基體晶格中造 成的畸變大都是球面對稱的，因而(yn r)強(qiáng)化效能要比間隙式原子?。s小兩個(gè)數(shù)量級），這種強(qiáng)化(qinghu)效應(yīng)稱為弱硬化 。形成置換固 溶體時(shí)，溶劑原子在溶劑晶格中的溶解度同溶質(zhì)與溶劑的原 子尺寸、電化學(xué)性質(zhì)等因素密切相關(guān)。當(dāng)原子尺寸愈接近，周 期表中位置愈相近，其電化性質(zhì)也愈接近，則溶解度便愈大。若晶格類型也相同，則可形成無限固溶體（如 Cu-Au , FeCr ） 。由于溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的原子，當(dāng)原子直徑存在差別時(shí)就會(huì)破壞榕劑晶格

15、結(jié)點(diǎn)上原子引力平衡，而使偏離原平衡位置 ，從而造成晶格畸變，隨著原子直徑差別增 加，造成的畸變的程度愈大，由此而造成的強(qiáng)化效果更大。在 Fe 中加入 Mn 、Cr 、Si 、Ni 、Mo 等元素，都能造成置換式固溶 強(qiáng)化作用。2.1.3 位錯(cuò)強(qiáng)化由現(xiàn)代塑性理論和電鏡、x 射線衍射等現(xiàn)代微觀測試技 術(shù)研究證明 ：(1）計(jì)算剛性塑性滑移開始所需臨界切應(yīng)力比實(shí)際測定的大幾百至幾千倍 。(2）晶體中存在位錯(cuò)，在切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)會(huì)發(fā)生遷移，因?yàn)檫w移距離小于 1個(gè)原子間距，所以位錯(cuò)移動(dòng)所需臨界切 應(yīng)力小得多 。金屬晶體中的位錯(cuò)是由相變和塑性變形引起的，“位錯(cuò)”密度愈高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)愈困難 ，金屬抵抗塑性變形

16、的能力就愈大。表現(xiàn)在力學(xué)性能上，金屬強(qiáng)度提高，也就是說當(dāng)造成 金屬晶體內(nèi)部位錯(cuò)大量增殖時(shí)，金屬就表現(xiàn)出強(qiáng)化效果 。理論 研究同時(shí)表明 ，制成無缺陷 ，幾乎不存在位錯(cuò)的完整晶體 ，使 金屬晶體強(qiáng)度接近理論強(qiáng)度 ，則會(huì)使金屬強(qiáng)化效果表現(xiàn)得更為突出 。因此，根據(jù)位錯(cuò)機(jī)理，金屬可以有兩種強(qiáng)化途徑 ：1）對有晶體缺陷的金屬，即存在位錯(cuò)的金屬，可以通過 位錯(cuò)增殖而強(qiáng)化；2無晶體缺陷的理想金屬，則金屬強(qiáng)化效果更好 。金屬強(qiáng)度與其中位錯(cuò)之間關(guān)系2.1.4 沉淀與彌散強(qiáng)化沉淀與彌散強(qiáng)化就其本質(zhì)來說 ，它有兩種途徑 ：一是第二 相質(zhì)點(diǎn)沉淀時(shí)，沉淀相在基體中造成應(yīng)力場 ，應(yīng)力場和位錯(cuò)交 互作用使基體強(qiáng)化 F 二是第

17、二相質(zhì)點(diǎn)和基體處于共熔或半共熔狀態(tài)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)周圍有 1個(gè)高能區(qū) 具有很大的彈性畸變 ，致使強(qiáng)度 、硬度急劇增加而強(qiáng)化，總的來說 ，沉淀和彌散強(qiáng)化效 應(yīng)可總結(jié)成 3 點(diǎn)：(1）沉淀相的體積比越大，強(qiáng)化效果越顯著，要使第二相 有足夠的數(shù)量，必須(bx)提高基體的過飽和度 。(2）第二(d r)相彌散度越大，強(qiáng)化效果(xiogu)越好，共格第二相比非共格第二相的強(qiáng)化效能大 。(3）第二相質(zhì)點(diǎn)對“位錯(cuò)”運(yùn)動(dòng)的阻力越大 ，強(qiáng)化效果也越 大。2.1.5 相變強(qiáng)化相變強(qiáng)化主要是M強(qiáng)化和貝氏體（）強(qiáng)化。2.1.6 形變熱處理強(qiáng)化形變熱處理是將壓力加工與熱處理緊密結(jié)合起來, 同時(shí)達(dá)到成型與強(qiáng)化雙重目的綜合工藝。其

18、強(qiáng)韌化機(jī)理可簡述為:1) 形變熱處理細(xì)化A 晶粒, 使隨后淬火所得M 細(xì)化。2）形變熱處理時(shí)形成大量位錯(cuò) )2 , 它可作為M 成核, 也使M 細(xì)化, 而M 轉(zhuǎn)變又促進(jìn)位錯(cuò)增加, 并形成胞狀亞結(jié)構(gòu), 其胞狀壁猶如晶界, 可阻礙塑性變形的發(fā)展。由于形變過程中由M 繼承的大量位錯(cuò)屬于不動(dòng)位錯(cuò), 它對鋼的強(qiáng)化作用, 比M切變形形成的位錯(cuò)大。3) 在形變熱處理的鋼中, 高度彌散的碳化物與位錯(cuò)的交互作用是具有高強(qiáng)度的主要原因。碳化物沿位錯(cuò)析出, 降低了A 中C 的含量, 從而有利于增加板條M 的量, 也可提高強(qiáng)韌性效果。形變熱處理工藝方法的主要種類有：形變階段馬氏體相變擴(kuò)散型相變工藝特點(diǎn)工藝名稱工藝特點(diǎn)

19、工藝名稱相變前形變在穩(wěn)定奧氏體溫度范圍內(nèi)形變，在亞穩(wěn)奧氏體范圍內(nèi)形變鍛造淬火改良奧氏體形變，高溫形變熱處理，奧氏體形變穩(wěn)定奧氏體范圍內(nèi)形變，亞穩(wěn)奧氏體范圍內(nèi)形變控制軋制相變中形變在馬氏體相變過程中形變低溫或零下形變熱處理在珠光體、奧氏體相變過程中進(jìn)行形變等溫形變相變后形變馬氏體的形變，回火馬氏體的形變馬氏體形變應(yīng)變回火珠光體、貝氏體的形變索氏體化處理適用鋼種超高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼效果強(qiáng)化與韌化改善韌性2.2 常用(chn yn)金屬材料簡介2.2.1 鋁合金（一）鋁合金強(qiáng)化(qinghu)技術(shù)旋渦(xunw)攪拌鑄造法自從熔鑄法引入顆粒、晶須或短纖維增強(qiáng)鋁合金以來，旋渦攪拌鑄造法就一直受到人們的重

20、視，其突出的優(yōu)點(diǎn)是對設(shè)備要求低、工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)。在石墨顆粒增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)或顆粒增強(qiáng)鋁合金的制備中得到了成功運(yùn)用。為了消除顆粒在熔體中的偏析以及避免熔體激烈翻騰而大量吸入氣體，可采用半固態(tài)下加入增強(qiáng)物的工藝規(guī)范，即先將熔鋁溫度升高到，使鋁熔化后，降溫至固相線與液相線之間，攪拌熔體，并加入增強(qiáng)物。增強(qiáng)物的加入會(huì)使熔體的粘度增大，故隨粘度的增大再適當(dāng)升高溫度。待增強(qiáng)物加完后，再升溫至，短時(shí)間急速攪拌，使顆粒均勻地分布在熔體中，澆鑄成型。旋渦鑄造過程中產(chǎn)生的吸氣、疏松與縮孔，可以通過后續(xù)除氣、熱擠、熱軋等工藝來提高復(fù)合材料鑄錠的致密度和力學(xué)性能。顆粒增強(qiáng)合金的制造過程是將鋁錠清洗后放入增強(qiáng)相（低碳

21、鋼質(zhì)），預(yù)熱后，在保護(hù)氣氛中升溫至左右，將鋁熔化，再投入鎂塊，高速攪拌熔體使之形成高速流動(dòng)的旋渦。在旋渦中心投入顆粒，直至顆粒的加入量達(dá)到（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。加完顆粒后繼續(xù)攪拌，把攪拌后具有良好流動(dòng)性的混合熔體迅速倒入通水激冷的鑄模。攪拌速度為，熔體溫為730C左右。工藝過程如圖所示：渦旋攪拌(jiobn)鑄造過程壓力(yl)鑄造法壓力鑄造(zhzo)法是制備非連續(xù)增強(qiáng)鋁合金材料的主要工藝，近年來得到了很快發(fā)展，在顆粒、晶須或短纖維增強(qiáng)的實(shí)鋁合金材料的制備中應(yīng)用最多，且最為成功。因此，壓力鑄造法被認(rèn)為是適合大規(guī)模生產(chǎn)鋁合金材料特別是非連續(xù)增強(qiáng)鋁合金的主要工藝之一。壓力鑄造法制備顆粒、晶須或短纖維增強(qiáng)

22、鋁合金的基本過程是首先把顆粒與晶須或短纖維制成預(yù)制塊，再使鋁或鋁合金液在壓力作用下滲入到預(yù)制塊內(nèi)，制備成復(fù)合材料。碳化硅晶須增強(qiáng)鑄鋁合金（）的壓力鑄造工藝過是首先把市售商品的晶須進(jìn)行過濾，然后在一定壓力下使其成型，制備成具有不同體積分?jǐn)?shù)的預(yù)制塊。把壓鑄模與預(yù)制塊分別預(yù)熱（晶須預(yù)制塊的預(yù)熱溫度為、模具的預(yù)熱溫度為）后，往模具中澆入溫度為的鋁合金熔體，在的壓力下保壓，使液態(tài)金屬在壓力滲入到碳化硅晶須預(yù)制塊中，并充滿整個(gè)預(yù)制塊空間，最后凝固成復(fù)合材料，其工藝過程如圖所示。壓力鑄造法最早是用于制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，后來逐步發(fā)展到用于制備顆粒與晶須或短纖維混合增強(qiáng)材料。純顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料用預(yù)制塊再壓鑄來

23、制備，工藝難度相對較大，主要是制備顆?；蚍勰┑念A(yù)制塊比較困難，其強(qiáng)度不高，預(yù)制塊在壓滲過程中易崩塌，而且金屬熔體不易充分地滲入到顆粒或粉末預(yù)制塊內(nèi)。最近的研究表明，通過增大壓力的方法（比金屬熔體滲透纖維或晶須預(yù)制塊時(shí)所使用的壓力大倍），可以實(shí)現(xiàn)熔鋁在粉末或顆粒預(yù)制塊中的滲透。噴射鑄造法、快速凝固法和接觸反應(yīng)法噴射鑄造法或共噴射鑄造法也稱噴射彌散法，是一種在惰性氣體的推動(dòng)下將金屬熔體與增強(qiáng)顆粒共噴射來制備顆粒增強(qiáng)合金的方法。根據(jù)不同的工藝條件及工藝要求，可以使共噴射混合物在水冷的金屬模具內(nèi)直接成型，或?qū)矅娚湮镞M(jìn)行連續(xù)軋制，還可以在水冷盤上得到中等尺寸的板材，也可以噴成鋁包覆陶瓷顆粒粉末，用作粉

24、末擠壓或等靜壓的原料。與其它方法相比，噴射鑄造法雖然出現(xiàn)較晚，但發(fā)展很快。共噴射過程中冷卻速度很快，因此增強(qiáng)物鋁界面之間的有害的化學(xué)反應(yīng)來不及完全進(jìn)行；同時(shí)由于增強(qiáng)物在氣流推動(dòng)下高速射入熔體，所以對界面的潤濕性要求不高，還可以消除顆粒偏析等不良復(fù)合現(xiàn)象。激光反應(yīng)(fnyng)強(qiáng)化法激光激波強(qiáng)化技術(shù)是近年來興起的一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，它利用高能量脈沖激光束輻照金屬表面瞬間(shn jin)產(chǎn)生的激渡對材料進(jìn)行改性，對提高航空鋁合金的表面性能有顯著效果。激光(jgung)沖擊強(qiáng)化能大大提高金屬材料的強(qiáng)度，改善其耐磨性和耐腐蝕性，延長金屬零件的疲勞壽命，國內(nèi)外很多學(xué)者做了這方面的研究，特別適合于受

25、交變載荷作用的零件的強(qiáng)化。在激光沖擊下，材料表面產(chǎn)生沖擊坑，內(nèi)部組織得到細(xì)化，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。無殘余應(yīng)力以及較小或沒有腐蝕坑是材料內(nèi)部組織性能優(yōu)化的外在表現(xiàn)，與材料的力學(xué)性能有著密切關(guān)系。晶粒細(xì)化及其研究現(xiàn)狀細(xì)晶強(qiáng)化作為一種特殊的強(qiáng)化手段，不僅提高材料的加工塑性，而且?guī)缀醪唤档筒牧系膶?dǎo)電率，因而具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，是一種最有發(fā)展前途的強(qiáng)化技術(shù)。晶粒細(xì)化對提高鋁及鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量和成品率有極其重要的作用，而添加細(xì)化劑是細(xì)化晶粒最簡便、最有效的方法。鋁和鋁合金存熔鑄過程中進(jìn)行的晶粒細(xì)化有許多優(yōu)點(diǎn)，如可以提高鑄造速度、減少裂紋、消除羽毛狀晶和鑄錠冷隔，給鑄錠隨后的塑性變形帶來更大的“靈活性”以及改善鋁

26、鑄件壓力氣密性等。（二）各種強(qiáng)化方法的對比以上綜述了各種鋁合金強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍。鑄造法強(qiáng)化鋁合金的方法中的漩渦攪拌鑄造、壓力鑄造、快速凝固等都是通過特殊工藝自身形成增強(qiáng)顆粒，不需要從外部引入另外的質(zhì)點(diǎn)。噴射鑄造法是將金屬熔體與增強(qiáng)顆粒在惰性氣體的推動(dòng)下共噴射，制備顆粒增強(qiáng)合金。噴射鑄造法可以控制增強(qiáng)顆粒和金屬熔體的比例，從而控制合金的強(qiáng)化過程。激光激波強(qiáng)化技術(shù)是近年來興起的一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，它利用高能量脈沖激光束輻照金屬表面瞬間產(chǎn)生的激渡對材料進(jìn)行改性，其可以通過控制激光或激光波的強(qiáng)度控制合金的強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化作為一種特殊的強(qiáng)化手段，不僅能提高材料的加工塑性，而且?guī)缀醪唤档蛯?dǎo)電

27、率，因而具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，是一種最有發(fā)展前途的強(qiáng)化技術(shù)。通過對以上各種鋁合金強(qiáng)化技術(shù)的分析，可以預(yù)測后鋁合金強(qiáng)化技術(shù)的方向，即通過設(shè)計(jì)合理的加工工藝，綜合各種強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)各種強(qiáng)化方法的集中優(yōu)化使用，實(shí)現(xiàn)可自動(dòng)化控制鋁合金的強(qiáng)化過程和強(qiáng)化鋁合金的性質(zhì)。鋁合金材料不但具有可設(shè)計(jì)性，而且具有很廣闊的設(shè)計(jì)自由度，通過合理選擇合金成分、晶粒尺寸以及制備工藝和參數(shù)，可以制備出性能優(yōu)異的材料。細(xì)化晶粒是決定合金材料性能的關(guān)鍵之一，界面優(yōu)化主要是通過控制界面反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過多年的研究和開發(fā)，已有部分金屬合金材料進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。從目前的情況來看，鋁合金材料的工業(yè)應(yīng)用范圍與其優(yōu)異性能所具有的應(yīng)用潛

28、力并不相稱。因?yàn)椴牧系膹?qiáng)化過程受多個(gè)因素控制，除了這類材料與傳統(tǒng)金屬材料相比價(jià)格較高之外，鋁合金材料的研究在以下幾方面需要加強(qiáng)：（）加強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化技術(shù)基礎(chǔ)理論方面的研究；（）優(yōu)化材料強(qiáng)化工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)新型材料強(qiáng)化技術(shù)，完善工藝過程控制；（）研究鋁合金復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制，設(shè)計(jì)綜合性能優(yōu)良的新型鋁合金材料?？傊?，鋁合金有著非常好的綜合性能，加強(qiáng)進(jìn)一步深入研究會(huì)獲得更廣泛的應(yīng)用。2.2.2 鎂基合金(hjn)鎂合金較低的強(qiáng)度和較差的高溫性能限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用 ,采用稀土元素合金強(qiáng)化(qinghu)、鎂基 復(fù)合強(qiáng)化和特殊工藝 (快速凝固粉末冶金) 等 方法使鎂合金獲較高的強(qiáng)度和較好的高溫性能 。鎂 基

29、復(fù)合材料(f h ci lio)比鎂合金具有更高的比強(qiáng)度 、比剛度以 及耐磨性和耐高溫性能 ,因此在航空航天 、軍工產(chǎn)品 制造 、汽車以及電子封裝等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景。關(guān)于鎂基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)和理論研究已經(jīng)有很大進(jìn)展 ,特別做了大量工作來解釋其強(qiáng)化機(jī)制。雖然提出了很多強(qiáng)化模型 , 如剪滯模 型、Eshel2夾雜模型和位錯(cuò)增加來解釋屈服增強(qiáng) , 還有其他模型三層殼法等,但鎂基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制尚不明確,仍存在爭議。可以確定的是強(qiáng)化機(jī)制作用程度與具體材料、不同階段有關(guān),因此,研究鎂基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制很有必要。鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制和強(qiáng)度預(yù)報(bào)涉及到材料的組織設(shè)計(jì)問題,近年來一直是材料學(xué)的研究熱點(diǎn)。為

30、了設(shè)計(jì)高強(qiáng)鎂基復(fù)合材料需要優(yōu)化工藝參數(shù)、熱處理?xiàng)l件、陶瓷增強(qiáng)體和金屬基體的選擇。解釋復(fù)合材料力學(xué)性能增加可以從以下幾個(gè)方面來考慮: (1) 應(yīng)力轉(zhuǎn)移; (2) 晶粒細(xì)化; (3) 位錯(cuò)密度增加; (4) Orowan 強(qiáng)化; (5) 其他強(qiáng)化作用。1 應(yīng)力轉(zhuǎn)移鎂基復(fù)合材料的主要強(qiáng)化機(jī)制是載荷從基體向增強(qiáng)體的傳遞,增強(qiáng)體是載荷的主要承擔(dān)者,因此應(yīng)力轉(zhuǎn)移是很重要的強(qiáng)化因素。以壓鑄法制備Al18B4O33晶須增強(qiáng)ZK60 鎂合金為例,由于制備時(shí)發(fā)生界面反應(yīng),晶須被損壞并削弱了復(fù)合材料力學(xué)性能增強(qiáng)。從基體到增強(qiáng)相的應(yīng)力轉(zhuǎn)移是通過兩者的界面來維持的。外載負(fù)荷的轉(zhuǎn)移是通過剪切應(yīng)力實(shí)現(xiàn)的,這種剪切應(yīng)力是作用

31、于增強(qiáng)體與基體界面上的。為了克服Cox提出模型的缺點(diǎn),從基體到纖維端面的應(yīng)力轉(zhuǎn)移被忽略。對于短纖維的拉伸應(yīng)力轉(zhuǎn)移不能忽略,因?yàn)槎汤w維的縱橫比影響鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度比較大。2 晶粒細(xì)化增強(qiáng)體加入到鎂基體中起到第二重要作用是晶粒尺寸減小導(dǎo)致強(qiáng)度增強(qiáng)。如Wen Xie 等研究表明通過固相燒結(jié)制備15 % SiC 增強(qiáng)Mg - 9Al 基復(fù)合材料,晶粒尺寸減小到7. 3m ,屈服強(qiáng)度增加到271Mpa ,而未增強(qiáng)的Mg - 9Al 合金的晶粒尺寸為12. 0m ,屈服強(qiáng)度只有239Mpa 。因?yàn)榫Ы缒苡行У刈璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),使材料強(qiáng)化。晶粒越細(xì),晶界濃度越高,強(qiáng)化作用越大。Arse2nault 等觀察到更

32、小的亞晶粒尺寸在SiC 顆粒增強(qiáng)Al 基復(fù)合材料中,認(rèn)為強(qiáng)化作用由位錯(cuò)元尺寸的減小而增強(qiáng)。3 位錯(cuò)密度(md)增加在鎂基復(fù)合材料(f h ci lio)中,由于基體和增強(qiáng)體熱和幾何差異引起位錯(cuò)密度增加。(1) 熱差異(chy)引起位錯(cuò)密度增加在鎂基復(fù)合材料中,由于基體的熱膨脹系數(shù)一般要比增強(qiáng)相的熱膨脹系數(shù)大許多,因而在制備和熱處理過程中均可在基體材料中產(chǎn)生塑性變形而形成高密度位錯(cuò),導(dǎo)致強(qiáng)化。當(dāng)鎂基復(fù)合材料從高溫到低溫冷卻時(shí),由于在界面發(fā)生不同的熱收縮,使得應(yīng)變不一致。這些應(yīng)變引入熱應(yīng)力,當(dāng)這種熱應(yīng)力比基體的屈服應(yīng)力要高時(shí),在基體和增強(qiáng)體界面會(huì)產(chǎn)生新的位錯(cuò)。因此,鎂基復(fù)合材料冷卻后,基體中的位錯(cuò)

33、密度增加。為了解決彈性栓模型對變形過程中位錯(cuò)的增殖現(xiàn)象缺乏考慮和位錯(cuò)沖孔模型忽視了增強(qiáng)體的承載作用,并未考慮材料變過程中基體里的三向應(yīng)力對基體變形的約束作用等等問題。(2) 何差異引起位錯(cuò)密度增加鎂基復(fù)合材料在塑性變形時(shí),由于基體和增強(qiáng)相的不匹配(基體變形量較大,增強(qiáng)顆粒變形量很小甚至不變形) 在界面上形成較高的形變不匹配,產(chǎn)生較高的形變應(yīng)力,為了使界面不開裂,在增強(qiáng)相周圍形成反向塑性切變(協(xié)調(diào)變形) 。其結(jié)果在增強(qiáng)相周圍形成協(xié)調(diào)變形位錯(cuò),引起位錯(cuò)密度增加。這種由于協(xié)調(diào)幾何變形而產(chǎn)生的位錯(cuò)稱為幾何必須位錯(cuò)。除了上述位錯(cuò)密度增加引起復(fù)合材料強(qiáng)化外,還有其它影響因素。增強(qiáng)相引入鎂合金基體,不僅影響

34、到熱生成位錯(cuò)和幾何必須位錯(cuò),而且還影響變形時(shí)增強(qiáng)相上儲(chǔ)存的位錯(cuò)。由以上分析可知,顆粒平均自由間距對屈服強(qiáng)度影響很大;高應(yīng)變下幾何必位錯(cuò)的分布和運(yùn)動(dòng)類型隨著應(yīng)變變化而變化。因此,由于基體與增強(qiáng)相間存在熱膨脹系數(shù)、幾何等差異,在某些特定應(yīng)用領(lǐng)域也可能會(huì)造成材料形成內(nèi)應(yīng)力、產(chǎn)生高密度位錯(cuò)而影響材料的性能。4 Orowan 強(qiáng)化Orowan強(qiáng)化是由密排硬顆粒及沉淀相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。Orowan 強(qiáng)化不能用于解釋微顆粒增強(qiáng)鎂合金,因?yàn)樵鰪?qiáng)相顆粒的尺寸太粗和顆粒間距離太大,且增強(qiáng)作用發(fā)現(xiàn)存在于基體晶界,這種情況下是否是Orowan 機(jī)制在起作用還不清楚。有研究認(rèn)為使用5m 或更大尺寸的顆粒增強(qiáng)鎂合金,

35、Orowan 強(qiáng)化機(jī)制不突出。但當(dāng)高分散納米尺度顆粒存在鎂合金基體中,Orowan 強(qiáng)化機(jī)制起了很大作用。根據(jù)Orowan 位錯(cuò)繞過機(jī)制,鎂合金基體中的不熔且分布均勻的顆粒極大地提高其抗蠕變能,甚至當(dāng)增強(qiáng)體的體積極少( 少于1 %) ,作用也很明顯。當(dāng)增強(qiáng)體作為障礙物阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí),屈服應(yīng)力增加。與應(yīng)力相關(guān)的這種增加,此應(yīng)力推動(dòng)位錯(cuò)通過兩夾雜物。位錯(cuò)滑移繞過顆粒,在顆粒周圍出現(xiàn)一個(gè)環(huán)。5 其它強(qiáng)化鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制(jzh)很復(fù)雜,還有一些強(qiáng)化機(jī)制,如殘余熱應(yīng)力和復(fù)合強(qiáng)化等等。(1) 殘余(cny)熱應(yīng)力因加熱或冷卻過程中溫度分布不均勻而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在有較大溫差處,熱應(yīng)力將引起塑性變形,

36、當(dāng)溫差消失后,殘余應(yīng)力會(huì)保留下來。這種塑性變形是冷卻(或加熱) 時(shí)心表溫差引起的熱應(yīng)力作用(zuyng)的結(jié)果。在高溫下,由于溫度周期變化,應(yīng)力能達(dá)到屈服應(yīng)力和復(fù)合材料塑性變形。界面殘余應(yīng)力可以通過對復(fù)合材料進(jìn)行熱處理,使界面松弛而降低,但受界面結(jié)合強(qiáng)度的控制,在界面結(jié)合很強(qiáng)的情況下效果不明顯。(2) 復(fù)合強(qiáng)化根據(jù)Lilholt研究應(yīng)力作用,當(dāng)應(yīng)力大致均一貫穿整個(gè)基體時(shí),由相似強(qiáng)化機(jī)制得這種應(yīng)力線性疊加;然而當(dāng)應(yīng)力作用不均一貫穿基體,這種應(yīng)力是非線性的,可合適表述為平方和的平方根。還有根據(jù)以往研究常采用強(qiáng)化模型,把各種強(qiáng)化因素引起的強(qiáng)化效果疊加起來。鎂基復(fù)合材料的高強(qiáng)度并不是這些強(qiáng)化作用簡單的

37、疊加,而是這些因素相互間協(xié)同作用的結(jié)果。綜上所述,鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制很復(fù)雜,并沒有統(tǒng)一的認(rèn)識?，F(xiàn)有的模型在一定程度上解釋了鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化作用,但并不能完全解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,理論預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值還存在一定的差異。我相信今后對與鎂基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制的深入研究還將是鎂基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。將有利于開發(fā)更優(yōu)工藝制備鎂基復(fù)合材料,獲得高強(qiáng)鎂基復(fù)合材料,進(jìn)一步挖掘鎂基復(fù)合材料在工業(yè)應(yīng)用上的潛力。2.2.3 鈦基合金鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、耐蝕性能好以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航天、航空、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，由于鈦合金耐磨性能差， 極大地限制了其在工程上的應(yīng)用范圍。利用激光熔

38、覆技術(shù)在鈦合金表面制備復(fù)合材料涂層，可以明顯的提高鈦合金的耐磨性能，此方面研究在國內(nèi)外已有報(bào)道。主要的研究集中在觀察激光熔覆層材料的顯微組織變化，測試材料的耐磨性能，從而揭示出組織與性能的關(guān)系。通過對熔覆層的顯微組織進(jìn)行分析，所涉及的強(qiáng)化機(jī)制主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化。1 細(xì)晶強(qiáng)化熔覆層的細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制有3 個(gè)來源：鈦基體馬氏體相變導(dǎo)致的細(xì)晶強(qiáng)化，激光熔覆快速冷卻得到的細(xì)小TiC 晶粒強(qiáng)化基體以及TiC 顆粒阻礙晶界的遷移使基體的晶粒細(xì)化。從圖3 中可以看出，純Ti粉激光熔覆層組織為分布細(xì)小均勻的馬氏體組織。這說明，熔覆層在冷卻過程中發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變。雖然鈦合金中馬氏體組織的強(qiáng)度

39、與鈦合金退火組織相比相差不大，但由于在激光熔覆過程中所獲得的馬氏體組織非常細(xì)小，使其強(qiáng)度明顯增高。TiC/Ti復(fù)合材料激光熔覆層在冷卻過程中，也會(huì)發(fā)生類似的細(xì)晶馬氏體相變。所以，TiC/Ti 復(fù)合材料激光熔覆層的強(qiáng)化，有一部分來自于鈦合金馬氏體相變所導(dǎo)致的細(xì)晶強(qiáng)化。由于激光熔覆工藝的加熱和冷卻非?？?，這樣在表面熔化層和基體之間存在著極大的溫度梯度，從而為TiC 的析出提供了極大的過冷度，有利于得到細(xì)小的TiC 晶粒，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)。復(fù)合材料中的TiC 以細(xì)小的枝晶形式存在，其分布較為均勻。樹枝晶的二次枝晶臂間距約為12 m。另外， TiC顆?？梢宰璧K晶界的遷移，使基體的晶粒細(xì)化，會(huì)產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)

40、化的效果。TiC/Ti復(fù)合材料(f h ci lio)激光熔覆層顯微組織2 彌散(msn)強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的主要強(qiáng)化機(jī)制是載荷從基體向增強(qiáng)體傳遞，增強(qiáng)體是載荷的主要承擔(dān)者，因此載荷傳遞機(jī)制是很重要的強(qiáng)化因素。在Ti+ TiC 激光熔覆層中的TiC 主要以樹枝晶形式存在，而原始TiC 為顆粒狀，這說明TiC顆粒在激光熔覆過程中發(fā)生了溶解和析出，形成(xngchng)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了承載的骨架。而Ti 相填充在TiC 樹枝晶間隙中，起到連接TiC 和傳遞載荷的作用。由于TiC 硬度較高（約3 000 HV），而其周圍的基體相較軟，形成軟基體上彌散分布細(xì)小硬質(zhì)點(diǎn)的彌散強(qiáng)化效果。由于作為硬質(zhì)點(diǎn)的T

41、iC 粒子在基體中是彌散分布的，對位錯(cuò)的滑移具有阻礙作用。當(dāng)復(fù)合材料進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著滑移的進(jìn)行，位錯(cuò)難以越過TiC顆粒而發(fā)生塞積，TiC 引起的位錯(cuò)塞積可產(chǎn)生較高的位錯(cuò)塞積能，從而形成較大的位錯(cuò)塞積應(yīng)力場。這樣，基體中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)需要附加額外的能量，即強(qiáng)化了基體8。另外，由于復(fù)合材料的塑性變形屬于兩相不均勻變形，變形時(shí)首先在較軟的鈦基體上進(jìn)行，較硬的TiC 顆粒不變形或變形很少。兩相界面上形成塑性變形不匹配，產(chǎn)生較高的形變應(yīng)力，形成形變應(yīng)力場。因此這種變形的不匹配也會(huì)使基體強(qiáng)化。在TiC/Ti 復(fù)合材料激光熔覆層中還存在著一種特殊的強(qiáng)化機(jī)制，即混雜增強(qiáng)機(jī)制。從圖2 中可以看出，熔覆層由于激光

42、的快速加熱和基體的快速冷卻，所獲得TiC 樹枝晶的增強(qiáng)體細(xì)小均勻。其一次枝晶壁長約2030 m，直徑約為12 m，滿足了晶須增強(qiáng)的條件；而二次枝晶可視為顆粒增強(qiáng)體。這樣就使復(fù)合材料具有了顆粒和晶須兩種增強(qiáng)體，從而產(chǎn)生混雜增強(qiáng)效應(yīng)10。這種混雜增強(qiáng)效應(yīng)也屬于彌散強(qiáng)化機(jī)制，但其增強(qiáng)效果及其機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。2.2.4 鎢基合金(hjn)金屬鎢具有高模量、高硬度、高密度、高熔點(diǎn)、抗熱震、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良特性, 高密度、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化鎢合金(hjn)及鎢基復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用。研究鎢及鎢合金的變形、強(qiáng)化機(jī)制及損傷行為, 對推動(dòng)鎢及鎢合金的發(fā)展具有重要意義。1 固溶強(qiáng)化(qinghu)固溶強(qiáng)

43、化主要來源于固溶原子與位錯(cuò)之間的相互作用, 其中主要有彈性交互作用、模量交互作用、化學(xué)作用、靜電相互作用、位錯(cuò)與有序分布的溶質(zhì)原子間的相互作用及位錯(cuò)與空位同溶質(zhì)原子間的相互作用種強(qiáng)化機(jī)理。由于Re 熔點(diǎn)較高，具有良好的強(qiáng)韌性，且在 BCC 或 FCC 晶體點(diǎn)陣中的固洛度很高。因此 Re 對W 有良好的固溶強(qiáng)化作用 。但在 W 中 Re 的含量 應(yīng)適量，過高會(huì)引起性能下降。首先在熱變形過程中由于相的產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，其Re影響W的d層電子波函數(shù)的定向特性，導(dǎo)致W 內(nèi)部原 子之間的粘結(jié)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，再有隨 Re 含量增加，W- Re 合金熔點(diǎn)迅速降低。Ta 和 N b 等是第 V 族元

44、素，晶格常數(shù)與鴿元素 晶格常數(shù)相差較大，加之與鎢之間的價(jià)態(tài)差別，在鎢中應(yīng)變敢應(yīng)較明顯。Mo 與 W 能夠以任意比例固溶，其強(qiáng)化作用主要是晶格應(yīng)變強(qiáng)化。幾種固溶強(qiáng)化鎢合金性能比較2彌散強(qiáng)化(qinghu)及沉淀強(qiáng)化 彌散強(qiáng)化包括直接強(qiáng)化和間接強(qiáng)化作用(zuyng) 。直接強(qiáng)化主要來源于位錯(cuò)與彌散顆粒的相互作用。位錯(cuò) 攀移繞過顆粒機(jī)制，在顆粒周圍形成Ora wan位錯(cuò)環(huán)。位錯(cuò)切過顆粒機(jī)制 ，擴(kuò)大顆?；w界面的面積，增加界面能，使材料得到強(qiáng)化。顆粒對位錯(cuò)的釘扎作用，阻礙位錯(cuò)滑移。Liu 等人詳細(xì)研究了W Re-HfC合金中位錯(cuò)與顆粒的相互作用，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)切過顆粒及形成Orawan位錯(cuò)環(huán) ，其主

45、要強(qiáng) 化機(jī)制是顆粒對位錯(cuò)的釘扎作用，位錯(cuò)在顆粒周圍(zhuwi) 纏結(jié) ，阻礙位錯(cuò)滑移 。Luo等人詳細(xì)研究了WIe Th02 合金中 Th02 顆粒對合金高溫拉伸性能 ，起到沉淀強(qiáng)化作用影響，發(fā)現(xiàn)ThO2 顆粒能夠阻礙再結(jié)晶，保持合金的 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，Th02 顆粒和基體之間模量錯(cuò)配引起強(qiáng)化，Th02 顆粒 和附近基體之間的不均勻變形引起強(qiáng)化 。彌散強(qiáng)化的間接強(qiáng)化主要是由于亞晶粒的形成引起的。Park等人研究 W-Re-HfC合金中亞晶粒的形成，HfC顆粒與由高密度位錯(cuò)網(wǎng)組成的亞晶粒相互作用提高合金的高溫蠕變強(qiáng)度 。3 氣泡強(qiáng)化高溫下應(yīng)用的材料, 要求具有較高的蠕變強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性例如抵抗再結(jié)晶

46、的能力, 對鎢進(jìn)行合金化的目的之一就是提高其再結(jié)晶溫度。例如摻鉀的鎢合金用于白熾燈絲, 使鎢的再結(jié)晶溫度提高大約。由于鉀氣泡和鎢之間的界面能較低,有效地阻礙了晶粒粗化動(dòng)力, 阻礙了再結(jié)晶。鉀氣泡阻止或拖曳晶界滑移, 晶界發(fā)生彎曲和扭折。鉀氣泡也對位錯(cuò)有釘扎作用。這些都提高了燈絲的強(qiáng)度。4界面強(qiáng)化界面強(qiáng)化主要包括優(yōu)化晶界（ 提高晶界強(qiáng)度或 減少雜質(zhì)在晶界的偏聚）、調(diào)整增強(qiáng)體和基體之間的結(jié)合狀態(tài)兩種方。根據(jù)電子結(jié)構(gòu)和能量方面的基本原理，結(jié)合半經(jīng)驗(yàn)分析得知 ，N , O , S, P 及 Si 等雜質(zhì)元素使鵲晶間粘附力弱化導(dǎo)致晶界“松 散”,導(dǎo)致沿晶斷裂?？梢酝ㄟ^加入Ti , Y , Mo, Zr

47、及 Hf 等強(qiáng)化合物形成元素使其與雜質(zhì)元素形成穩(wěn)定的化合物相來 改善晶界，達(dá)到強(qiáng)化材料的目的。俄羅斯發(fā)明的W Mo Y Ti 合金就得到了這樣的效果，100時(shí)的屈服強(qiáng)度達(dá)到950MPa 。由于具有良好的界面, 基體通過界面將應(yīng)力傳遞給增強(qiáng)體, 有效地減輕基體的承載力, 使增強(qiáng)體和基體協(xié)調(diào)變形減少沿晶裂紋的產(chǎn)生, 提高材料的強(qiáng)度。目前，與其他金屬基復(fù)合材料（如鋁基 、銅基及鐵基復(fù)合材料）相比 ，鴿基復(fù)合材料的研究僅處于初 期階段 。各國學(xué)者都在進(jìn)一步研究新型鴿基復(fù)合材 料的變形 ，損傷及強(qiáng)化 ，進(jìn)一步挖掘金屬鴿的潛力， 詳細(xì)研究金屬鴿在復(fù)合材料中的作用機(jī)理 ，期望在 不久的將來能有大的突破 。第

48、三章 材料(cilio)質(zhì)量評定產(chǎn)品質(zhì)量綜合評價(jià)是一個(gè)復(fù)雜(fz)而重要的工作環(huán)節(jié).對于某一種材料(cilio)來說，質(zhì)量有多種, 某一項(xiàng)指標(biāo)的好與壞并不能決定整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,必須采用綜合評價(jià)的方法進(jìn)行分析。整個(gè)評價(jià)過程中必須具有客觀性、可比性、系統(tǒng)性, 不能強(qiáng)調(diào)“一美遮百丑” 。也不能搞陪襯方案, 失去評價(jià)的真意。評價(jià)指標(biāo)應(yīng)包括質(zhì)量因素的所有方面, 不能出現(xiàn)片面性。另外評價(jià)指標(biāo)必須與國家的方針、政策、法令以及現(xiàn)行規(guī)范、國家標(biāo)準(zhǔn)相一致, 不允許有違背和疏漏之處。貼近度是描述2 個(gè)模糊集合的接近程度的量。合材料制品的性能可以用一系列的隸屬度向量表示(單因素判定結(jié)果), 利用這些隸屬度向量,

49、考察2 個(gè)模糊集合的接近程度來進(jìn)行判定, 這就是用貼近度法評定復(fù)合材料制品質(zhì)量的基本思想?？陀^事物的特性一般來說是漸變的, 由于影響因素過多或問題過于復(fù)雜, 很難找出確切的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 只能是人為地劃分成若干區(qū)間, 把每個(gè)區(qū)間定為一個(gè)等級, 這就在相鄰區(qū)間的邊界處, 相差很小的2 個(gè)量被分為2 個(gè)不同等級, 常常會(huì)造成不合理性及不可克服的矛盾.如果要?jiǎng)澐譃榈燃? 同相鄰等級之間的邊界應(yīng)該是模糊的, 人為地確定一個(gè)確定的邊界。復(fù)合材料質(zhì)量檢驗(yàn)就屬于此例。這里不作貼近度的討論，僅給出幾個(gè)貼近度的計(jì)算方法:對有限論域F(x)上有2 個(gè)隸屬向量a =(a1 ,a2,an),b=(b1,b2,bn),則a

50、與b的貼近度1(a , b)、2(a , b)都是a 與b 的嚴(yán)格貼近度.嚴(yán)格貼近度1(a , b)、2(a , b)可以推廣到無限論域.對于A , B F(R)如果則定義并且(bngqi)A B , 則有假設(shè)有一個(gè)各項(xiàng)性能均為頂級品的復(fù)合材料制品, 作為參考對象, 其性能參數(shù)構(gòu)成一個(gè)模糊(m hu)集合.然后考察被評比的各個(gè)產(chǎn)品性能參數(shù)模糊集合對參考產(chǎn)品的貼近度, 作為評定依據(jù), 以貼近度大的為好.產(chǎn)品性能參數(shù)對性能級別的隸屬度的確定方法參照(cnzho)文獻(xiàn) 4 , 參照產(chǎn)品對級別的隸屬度為把被評定產(chǎn)品的各個(gè)因素對級別的隸屬度與參照產(chǎn)品的相應(yīng)的隸屬度進(jìn)行貼近度計(jì)算, 得出貼近度向量然后綜合

51、加權(quán), 得出被評定產(chǎn)品對頂級品的貼近度用模糊貼近度法進(jìn)行復(fù)合材料制品質(zhì)量模糊綜合評定, 不同于以往的單因素評定,而是對質(zhì)量的所有質(zhì)量因素進(jìn)行綜合評定, 對產(chǎn)品的可用性及產(chǎn)品性能給出較為客觀的評價(jià)方法, 用模糊數(shù)學(xué)方法處理評定過程中的不合理因素, 評定方法更為科學(xué)。評定過程中, 質(zhì)量因素的重要性通過權(quán)系數(shù)分配進(jìn)行描述。該評定方法和評價(jià)指標(biāo)建立在質(zhì)量檢驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定基礎(chǔ)上, 考慮制品的所有質(zhì)量因素, 進(jìn)行綜合評定, 因此, 它既能檢驗(yàn)產(chǎn)品合格與否, 又能對合格品的性能。質(zhì)量給出量化的評定結(jié)果對復(fù)合材料的質(zhì)量監(jiān)測、復(fù)合材料行業(yè)管理, 都具有指導(dǎo)意義。第四章 總結(jié)(zngji)本文根據(jù)金屬微觀(wigu

52、n)強(qiáng)化機(jī)理的不同，從基本機(jī)理和工藝方面 ，并以金屬材料為例簡要綜述材料(cilio)強(qiáng)化的主要內(nèi)容和特點(diǎn)。本文闡述了鋁合金的幾種強(qiáng)化技術(shù)，介紹了細(xì)晶強(qiáng)化及其增強(qiáng)機(jī)理。簡述了幾種鋁合金強(qiáng)化技術(shù)工藝，包括旋渦攪拌鑄造法、壓力鑄造法、噴射鑄造法、熔鑄直接接觸反應(yīng)法、細(xì)晶強(qiáng)化法等。鎂合金較低的強(qiáng)度和較差的高溫性能限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用, 鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制和強(qiáng)度預(yù)報(bào)涉及到材料的組織設(shè)計(jì)問題。為了設(shè)計(jì)高強(qiáng)鎂基復(fù)合材料需要優(yōu)化工藝參數(shù)、熱處理?xiàng)l件、陶瓷增強(qiáng)體和金屬基體的選擇。利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面制備復(fù)合材料涂層，可以明顯的提高鈦合金的耐磨性能，此方面研究在國內(nèi)外已有報(bào)道。主要的研究集中在觀察激

53、光熔覆層材料的顯微組織變化，測試材料的耐磨性能，從而揭示出組織與性能的關(guān)系。介紹了鎢及鎢合金的變形、強(qiáng)化機(jī)制及損傷行為, 對推動(dòng)鎢及鎢合金的發(fā)展具有重要意義。最后介紹了一種材料質(zhì)量評定的方法，貼近度法。貼近度是描述2 個(gè)模糊集合的接近程度的量。合材料制品的性能可以用一系列的隸屬度向量表示(單因素判定結(jié)果), 利用這些隸屬度向量, 考察2 個(gè)模糊集合的接近程度來進(jìn)行判定, 這就是用貼近度法評定復(fù)合材料制品質(zhì)量的基本思想。參考文獻(xiàn):l 宋維錫.金屬學(xué)M.冶金工業(yè)(y jn n y)出版社.1980,233一2372 吳承建, 陳國良, 強(qiáng)文江.金屬材料學(xué) M .北京(bi jn):冶金工業(yè)(y j

54、n n y)出版社, 2000.282-306 .3 武高輝, 趙永春, 馬森林.亞微米級Al2O3 顆粒增強(qiáng)LD2 鋁合金復(fù)合材料的拉伸性能與強(qiáng)化機(jī)制J .復(fù)合材料學(xué)報(bào), 1998 , 15(3):21 -26 .4 魏建鋒, 宋余九.顆粒增強(qiáng)純鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制 J .稀有金屬材料與工程, 1994 , 23(3):17 -22 .5 克萊茵T W, 威瑟斯P J.金屬基復(fù)合材料導(dǎo)論 M .余永寧, 房志剛譯.北京:冶金工業(yè)出版社, 1996 .348-3506 LANDIS CHAD M , McMEEKING ROBERT M .Ashear-lag model fo r a broken fiber embedded in a compositewi