數控（kòng）機床加工金屬（shǔ）材料中的四（sì）種強化方式

第一，形（xíng）變強化(或（huò）應變強化，加工硬化)

01

定義

材料屈服後，隨著變形程度的（de）增加，材料的強度和硬度增加，而塑性和韌性下降，這就是所謂的（de）形變強化（huà）或加（jiā）工硬化。

02

機製

隨著塑性變形的發展，位錯密度不斷增加，於是運動中位錯（cuò）的相互傳遞加劇，產生固定切削步數、位錯（cuò）纏結等障礙，增加了位錯運動的阻力，增加（jiā）了變形阻力，使塑性變形難以繼（jì）續，從而提（tí）高了金屬的強度。

規律:隨著變形程度的增加，材料的強度和硬度增加，塑（sù）性（xìng）和韌性下降，位錯密度不斷增加。根據公式圖片（piàn）可以看出，強度與位錯密度ρ的半次方成正比，位錯的Bertrand矢量B越大，強（qiáng）化效果（guǒ）越明顯。

03

方法

冷變（biàn）形，如冷壓、滾壓、噴丸等。

04

例（lì）子

冷拉鋼（gāng）絲可以使其強（qiáng）度增加一倍。

05

加（jiā）強的實際意義(優（yōu）點和（hé）缺點)

(1)利潤:

①形變強化是強化金（jīn）屬的（de）有效方（fāng）法。對於一些熱處理無法強化的（de）材料，可以采用形變強化來提高材料的強度，可以使強度翻倍（bèi）。

②在某些工件或半成品的加工成形中，使金（jīn）屬均勻變形，使工件（jiàn）或半成品的成形成為可能的重要因素，如冷拉（lā）鋼絲、零件的（de）衝壓成形等。

③形變強化還可以提高零件或部（bù）件在使用中的安全性（xìng）。當零件的某些部位發生應力集中或過載時，那裏會（huì）發生塑性變形，過載部位的變形會因加（jiā）工硬化（huà）而停止（zhǐ），從而提（tí）高安全性。

(2)缺點（diǎn）:

①形變強化也給材料（liào）的生產（chǎn）和使用帶來麻煩。變（biàn）形使強度增加，塑性降低，難以繼續變形，需要消耗（hào）更多的功率。

②為了使材料繼續（xù）變形，中間需要再結晶退火，使材（cái）料繼續變形而不（bú）開裂，增加了生產成本。

第二，固溶強化

01

定義

隨著溶質（zhì）原子含量的增加，固溶體的強度和硬度增加，塑性和韌性下降，稱為固溶強化。

02

機製

(1)溶質原子的溶解扭曲了固溶體的晶格，阻礙了位錯（cuò）在滑移麵上（shàng）的移（yí）動。

(2)位錯線上偏析的溶質原子形成的科特雷爾（ěr）氣氛釘紮位（wèi）錯，增加位錯運動的阻（zǔ）力。

(3)層（céng）錯帶中溶質原子的偏析阻礙了擴展位錯的運（yùn）動。所有阻礙位錯運動（dòng），增加位錯運動阻力的因素都（dōu）可以提高強度。

03

法律

①在固溶體的溶解度範圍內（nèi），合金元（yuán）素的（de）質（zhì）量分（fèn）數越大，強化效果（guǒ）越大。

②溶質原子與溶劑原（yuán）子的尺寸（cùn）差越大，強化效果越明顯。

③形成間隙固溶體（tǐ）的溶質元素的強（qiáng）化作用大於（yú）形成置換固（gù）溶（róng）體的元素。

④溶質（zhì）原子與（yǔ）溶劑原子的價電子差越大，強（qiáng）化效果越（yuè）大。

04

方法

合金化，即（jí）添加合金元素。

05

例子

銅（tóng）鎳合金的強度大於銅、鎳等純金屬。

第三，細晶強化

01

定義

隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度和硬度增加，塑性和（hé）韌性也提高，稱為細晶強化。

02

機製

其原理在於晶界位錯滑移的阻滯效應。對於多晶體，位錯（cuò）的運動必須克服晶界的阻力。這是因為晶界兩側位錯的取向不同，所（suǒ）以在某一晶粒中，滑移位錯不能直接越過晶（jīng）界進入相（xiàng）鄰晶（jīng）粒。隻有當（dāng）大量位（wèi）錯被俘獲在晶界時，才（cái）能（néng）引起應力集中，才（cái）能激發（fā）相鄰晶粒中位錯的運（yùn）動而產生滑移。所以（yǐ）晶粒越細，材料的強度越高。

03

法律

晶粒越細，晶界麵積越大（dà）。根據Hall-Page公式圖片，晶粒的（de）平均直徑D越小，材（cái）料的屈服強（qiáng）度σs越高。

04

晶（jīng）粒細化方法

①在晶化過程中，可以通過增加過冷度、變質、振動和攪拌來細化晶粒，增加形核率；

②對於冷變形金屬，可以通過控製變形程度和退火溫（wēn）度來細化晶粒；

③正火和退火可以細化晶（jīng）粒；

④合金（jīn）元素可加入鋼中形成（chéng）新相，從而抑製晶粒長大。

第四，第二階段強化

01

定義（yì）

在金屬基體中存在一種或幾種其它相，這些相的存在提高了金屬的強度。由於獲得第二相的過程不同，第（dì）二相（xiàng）強化（huà）分為:①析出強化:通過相變熱處理（lǐ）獲得第二（èr）相；②彌散強化:通過粉末燒結或（huò）內氧（yǎng）化獲得第二相。

02

機製

位錯在運動過程中遇（yù）到第二相時，需要繞過或切穿第二（èr）相，阻（zǔ）礙了位錯的運動，提高了材料的強度。

03

例子

鋼中滲碳體的（de）存在提高了鋼的強度。