材料韌化的基本原理

1、材料韌化的基本原理第1頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化一、金屬材料的韌化原理改善材料的韌性的基本途徑1 減少誘發(fā)微裂紋的組成相2 提高基體的塑性材料的韌性是強度和塑性的綜合體現(xiàn)3 增加組織的塑性形變均勻性（減少應(yīng)力集中）4 避免晶界弱化，防止裂紋沿晶界的形核和擴展第2頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化5 強化同時的增韌(1)位錯強化與塑性和韌性位錯密度升高會提高強度而降低塑性和韌性?？蓜拥奈幢绘i住的位錯對韌性的損害小于被沉淀物或固溶原子鎖住的位錯。故提高可動位錯密度對塑性和韌性均有利。(2)固溶強化與塑性固溶強化應(yīng)在保證強度

2、的同時提高塑性。通過添加合適的合金元素，如，Ni，可促進交滑移，改善塑性。另外，調(diào)整間隙原子的添加濃度，實現(xiàn)強度和塑韌性的最佳配合。第3頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化(3)細(xì)化晶粒與塑性細(xì)化晶粒既能提高強度，又能同時優(yōu)化塑性和韌性，是目前公認(rèn)最佳的實現(xiàn)材料強韌化的途徑。(4)沉淀相顆粒與塑性沉淀顆粒會通過彌散強化提高基體的強度和硬度，但可能會明顯降低塑性和韌性。尤其，條帶狀、片狀析出物，以及沿晶界網(wǎng)狀析出的沉淀相，均顯著降低材料塑性。減少沉淀相的析出數(shù)量，改善沉淀相的形狀和分布狀態(tài)，可改善材料塑性。第4頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期

3、四材料的強韌化二、高聚物的韌化原理(1) 增塑劑與沖擊韌性添加增塑劑使分子間作用力減小，鏈段以至大分子容易運動，使高分子材料的沖擊韌性提高。(2) 分子結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量與沖擊韌性如果大分子結(jié)構(gòu)和分子間作用力的作用使高分子材料的堆砌密度小，玻璃化溫度低時，沖擊韌性則高。如果大分子鏈的柔順性好，可提高結(jié)晶性高分子材料的結(jié)晶能力，結(jié)晶度高則會使沖擊韌性下降。第5頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化相對分子質(zhì)量增大使分子鍵的纏結(jié)點增多，有利于伸長率和強度的提高，兩者又使高分子材料的沖擊韌性獲得改善。(3) 嵌段共聚與沖擊韌性在玻璃化溫度高的鏈段之間嵌入玻璃化溫度低的鏈

4、段可發(fā)揮良好的配合作用，既保證高的強度和硬度，又又好的韌性。(4) 共混與沖擊韌性與橡膠態(tài)高聚物摻混的樹脂。橡膠顆粒的承載作用第6頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四三、無機非金屬材料的韌化機理(1) 相變增韌ZrO2陶瓷中四方相的ZrO2向單斜相的ZrO2轉(zhuǎn)變，伴隨有體積膨脹。當(dāng)有較大外應(yīng)力作用時，基體的約束作用減弱，促進相變，會引發(fā)微裂紋，從而消除應(yīng)力集中，吸收了主裂紋擴展的能量，提高斷裂韌性。材料的強韌化第7頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四(2) 微裂紋增韌大多數(shù)情況下，陶瓷材料中存在裂紋。如果在主裂紋尖端存在相變誘導(dǎo)微裂紋區(qū)，由微裂紋吸收裂紋

5、擴展過程中的能量，則可有效阻止主裂紋的擴展，起到增韌的目的。材料的強韌化第8頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料科學(xué)基礎(chǔ)第十章第三節(jié) 材料強韌化方法示例第9頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四一、金屬材料強韌化的例子材料的強韌化低碳馬氏體鋼的強韌化(1)碳的間隙固溶強化(2)碳化物(回火時產(chǎn)生)的沉淀顆粒強化第10頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化(3)亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯, 位錯強化作用(4)可動位錯緩解局部應(yīng)力集中, 延緩裂紋產(chǎn)生, 塑性和韌性(5)殘余奧氏體薄膜阻擋裂紋擴展, 塑性和韌性第11頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化二、高分子材料強韌化的例子三、陶瓷材料強韌化的例子Al2O3-ZrO2 +Y2O3 (ZTA)陶瓷材料第12頁，共14頁，2022年，5月20日，4點39分，星期四材料的強韌化四、復(fù)合材料的強韌化 Al2O3 /Al-1.5Mg復(fù)合材料棒材(a)縱向 (b)橫向纖維增強復(fù)合材料第13頁，共14頁，2022年，