⑴強(qiáng)化機(jī)制
強(qiáng)化就是強(qiáng)度增高的現(xiàn)象。強(qiáng)度一般指對(duì)塑性變形的抗力。金屬的塑性變形是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的，所以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)都會(huì)使金屬的強(qiáng)度提高，造成強(qiáng)化。金屬結(jié)構(gòu)中能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙可以主要?dú)w納為四種，因而強(qiáng)化機(jī)制也有四種：
溶質(zhì)原子-固溶強(qiáng)化；晶界-細(xì)晶強(qiáng)化；第二相粒子-第二相強(qiáng)化；位錯(cuò)-位錯(cuò)強(qiáng)化。
固溶強(qiáng)化
合金形成固溶體時(shí)，由于溶質(zhì)原子與溶劑金屬原子大小不同，溶劑晶格發(fā)生畸變，并在周?chē)斐梢粋€(gè)彈性應(yīng)力場(chǎng)。此應(yīng)力場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生交互作用，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受阻。不同合金元素溶于F中所產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化效應(yīng)不同。其中C、N的強(qiáng)化效果最大；P的強(qiáng)化效果也很顯著，但它增大鋼的冷脆性；一般以Mn、Si等為強(qiáng)化元素較適宜。
②細(xì)晶強(qiáng)化
晶界分大角度晶界（如A、F的晶粒邊界等）和小角度晶界（如M板條間的界面、亞晶粒之間的界面等）兩類。晶界能有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使金屬?gòu)?qiáng)化。晶粒愈細(xì)，強(qiáng)化作用愈大。鋼中常用細(xì)化晶粒的元素有Nb、V、Al、Ti等。細(xì)化晶粒在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)也改善韌性，這是其它強(qiáng)化機(jī)制不可能做到的。
③第二相強(qiáng)化
運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)通過(guò)位于滑移面上的第二相粒子時(shí)，需要消耗額外的能量，使合金發(fā)生強(qiáng)化。位錯(cuò)通過(guò)第二相粒子的機(jī)制有兩種：①當(dāng)粒子間距或粒子直徑很小時(shí)，位錯(cuò)切割粒子而通過(guò)，強(qiáng)化效應(yīng)隨粒子間距的增大而增強(qiáng)；②當(dāng)粒子間距大于某臨界值時(shí)（例如一般工業(yè)合金的情況），位錯(cuò)則繞過(guò)粒子。因此，要求第二相粒子有很高的彌散度。獲得高彌散度粒子的方法有兩種。一種是依靠熱處理從過(guò)飽和固溶體中沉淀析出第二相（稱為析出強(qiáng)化或沉淀硬化）；另一種是利用機(jī)械、化學(xué)等方法引入極細(xì)的第二相粒子（稱為分散硬化）。鋼中P內(nèi)滲碳體片所起的強(qiáng)化作用也屬于第二相強(qiáng)化，其強(qiáng)化量與片間距的平方根成反比。片愈細(xì)，間距愈小，強(qiáng)化作用愈大。
④位錯(cuò)強(qiáng)化
運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)碰上與滑移面相交的其它位錯(cuò)時(shí)，發(fā)生交割而使運(yùn)動(dòng)受阻。一般說(shuō)，面心立方金屬中的位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)比體心立方金屬的大。面心立方金屬（例如Cu、Al）利用位錯(cuò)強(qiáng)化是很有利的。金屬的冷變形能產(chǎn)生大量位錯(cuò)，所以強(qiáng)化效果顯著。
合金中的相變，特別是低溫下伴隨有容積變化的相變，如M相變等，都會(huì)造成大量的位錯(cuò)，也能使合金顯著強(qiáng)化。
實(shí)際金屬中，都是幾種強(qiáng)化機(jī)制同時(shí)起作用，很少只有一種強(qiáng)化機(jī)制起作用的。
⑵工具鋼的強(qiáng)化
提高工具鋼強(qiáng)度最重要的方法是淬火和隨后回火。
工具鋼淬火得到M：
①M(fèi)中溶有過(guò)飽和的碳及合金元素，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效應(yīng)；
②M形成時(shí)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，位錯(cuò)強(qiáng)化效應(yīng)很大；
③A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)，形成許多極細(xì)小的、取向不同的M束，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)。
因此淬火M具有很高的硬度，但脆性極大。淬火后回火，M中析出細(xì)碳化物粒子，間隙固溶強(qiáng)化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化效應(yīng)。由于基本上保持了淬火態(tài)的細(xì)小晶粒，較高密度的位錯(cuò)及一定的固溶強(qiáng)化作用，所以回火M仍具有很高的強(qiáng)度，并且因間隙固溶引起的脆性減輕，韌性還大大改善。由此可知，M強(qiáng)化充分而合理地利用了全部四種強(qiáng)化機(jī)制，是工具鋼的最經(jīng)濟(jì)和最有效的強(qiáng)化方法。
合金元素加入鋼中，首要的目的是提高淬透性，保證在淬火時(shí)容易獲得M。合金元素通過(guò)置換固溶強(qiáng)化機(jī)制，能夠直接提高鋼的強(qiáng)度，但作用有限。在完全獲得M的條件下，碳鋼和合金鋼的強(qiáng)度水平是一樣的。
合金元素加入的第二目的是提高工具鋼的回火穩(wěn)定性，使工具鋼回火時(shí)析出的碳化物更細(xì)小、均勻和穩(wěn)定；并使M的微細(xì)晶粒及高密度位錯(cuò)保持到較高溫度。這樣，在相同韌性的條件下，合金鋼比碳鋼具有更高的強(qiáng)度。此外有些合金元素還可使工具鋼產(chǎn)生二次硬化，得到良好的高溫性能。
由上可見(jiàn)，合金元素對(duì)工具鋼強(qiáng)度的影響，主要是通過(guò)對(duì)工具鋼的相變過(guò)程的影響起作用的，合金元素的良好作用，也只有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍艹浞职l(fā)揮出來(lái)。
上一頁(yè) 1下一頁(yè)
