金属强化的四种方式

金属材料是制造工业中最常见的原材料之一，但是在使用过程中，由于金属材料的某些物理、化学性质的限制，会出现一些问题，例如强度不足、脆性增加、耐蚀性差等。为了解决这些问题，人们开发出了多种金属强化的方式。本文将从四个角度介绍金属强化的四种方式。

金属强化的四种方式

一、冶金学处理

冶金学处理是金属强化的一种传统方式。通过改变金属材料的计量和结构，来改变金属的性能。冶金学处理的主要方法包括晶粒细化、固溶处理、时效硬化等。

晶粒细化是指通过控制金属材料的热处理过程，使得晶粒变得更细，从而提高金属材料的强度和塑性。固溶处理是指将一些合金元素溶解到金属材料中，从而提高金属的强度和耐腐蚀性。时效硬化是指将固溶过程中形成的固溶相在适当的时间和温度下沉淀出来，从而提高金属的强度和硬度。

二、表面处理

表面处理是指在金属材料表面形成一层保护膜，从而提高金属材料的耐腐蚀性和耐磨性。表面处理的主要方法包括化学处理、电镀、喷涂等。

化学处理是指将金属材料浸入一种化学液体中，使其表面形成一层化学保护膜。电镀是指将金属材料浸入一种含有金属离子的溶液中，利用电解作用使金属离子在金属材料表面沉积形成一层保护膜。喷涂是指将一种保护涂料喷涂在金属材料表面，形成一层保护膜。

三、合金化改性

合金化改性是指将一些合金元素加入到金属材料中，从而改变金属的性能。合金化改性的主要方法包括添加元素、调整元素比例等。

添加元素是指将一些合金元素加入到金属材料中，使其形成一种新的合金。调整元素比例是指在金属材料中调整一些合金元素的比例，从而改变金属的性能。

四、高能辐射改性

高能辐射改性是指将金属材料暴露在高能辐射下，从而改变金属的性能。高能辐射改性的主要方法包括电子束辐照、中子辐照等。

电子束辐照是指将金属材料暴露在高能电子束下，从而改变金属的性能。中子辐照是指将金属材料暴露在中子束下，从而改变金属的性能。

综上所述，金属强化的方式有冶金学处理、表面处理、合金化改性和高能辐射改性。不同的金属强化方式适用于不同的金属材料和不同的使用环境。选择合适的金属强化方式可以提高金属材料的性能和寿命。

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铝合金的强化手段有哪些，对zl104铝合金汽油机缸体采用何种热处理工艺

方式1、铝合金冷变形强化，冷作硬化。强化程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。金属铝合金材料在再结晶温度以下冷变形的方式。

方式2、细化组织强化。在铝合金中添加微量元素细化组织。铸造铝合金中常加入微量元素作变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，提高合金的强度和塑性的方式。

方式3、细化晶粒，从熔铸开始改善铸锭的晶粒度。加工硬化，抗拉强度提高，延伸率降低。铝合金分为可热处理强化合金和不可热处理强化合金。

方式4、时效强化。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。铝合金热处理后可以得到过饱和的铝合金基固溶体的方式。

方式5、固溶强化。合金元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体，强度增加，塑性与抗压力增加。常用铜、镁、锰、锌、硅、镍等。铝合金

方式6、过剩相强化。合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，由于合金变脆而导致强度、塑性降低的方式。当合金中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。

高碳合金钢中存在几种强化方式

金属材料常用的强化方式有细晶强化、固溶强化、第二相强化、加工硬化
一．细晶强化 通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上将通过细 化晶粒以提高材料强度。 其原理是通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目 来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属 有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分 散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶 界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提 高材料强度的方法称为细晶强化。
二．固溶强化 定义：合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高 的现象。 原理：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力， 使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质 元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。在溶质原子浓度适当时， 可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。
三．第二相强化 复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相得存在。当第二相以细小 弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。这种强化作用称 为第二相强化。第二相强化的主要原因是它们与位错间的交互作用，阻碍了位错 运动，提高了合金的变形抗力。 对于位错的运动来说，合金所含的第二相有以下两种情况： 1、不可变形微粒的强化作用。 2、可变形微粒的强化作用。 弥散强化和沉淀强化均属于第二相强化的特殊情形。
四．加工硬化 定义： 随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、 韧性有所下降。 简介： 金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降 低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出 现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工 硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示 加工硬化。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以 致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。

影响金属材料强度的因素，及提高强度的途径？

回答这个问题可以从以下角度考虑：
1. 金属材料强度
金属及合金主要是以金属键合方式结合的晶体。完美金属的理论抗拉强度是指与结合键能（结合力和结合能）相关的材料物理量（双原子作用模型），其影响因素可以从该模型去考虑（如温度、键能、原子间距、点阵结合方式、原子尺寸、电负性电子浓度等，这些在金属材料学应该都有）；
由于实际的金属及合金材料并非完美晶体，存在点、线、面缺陷（空位、位错、晶界相界等）或畸变，为此材料强度远低于它的理论强度。从缺陷的角度去考虑材料强化。工程及应用中最广的的屈服强度，该强度发生在材料的塑性变形紧密相关，可以从金属滑移及其机制去分析材料机制，（如位错机制等，阻碍位错运动的方式都为强化机制，如细晶强化、时效、固溶、形变强化)
2. 钢的强化方式：
钢一般指在铁碳相图中碳含量小于等于2.1%的一类铁合金；其强化方式可以结合理论进行推广。在考研相关问题中可以以有马氏体相变的钢为例进行述说。
结合化学成分、强化机制—固溶强化、相变强化、时效强化、奥氏体细晶强化，展开说明。
3.强度提高途径则根据各类影响因素去归纳（热处理、合金成分调整、形变硬化……）
最后预祝考研顺利……

金属表面的覆盖层强化法有哪些？

金属表面渗层与覆盖层金相组织图谱"的书摘……二、气相沉积层

气相沉积是近年来发展最快的一种新技术，它分物理气相沉积（PVD），和化学气相沉积

（CVD），最近又发展了复合的物理化学气相沉积（PCVD）。物理气相沉积是利用真空蒸发、离

子溅射、离子镀等方法沉积成膜；化学气相沉积则是利用镀层材料的挥发性化合物气体分解

或化合的反应产物而沉积成膜；物理化学气相沉积即等离子体加化学气相沉积。采用这种方

法可以镀金属膜、合金膜、陶瓷膜或金刚石膜等。

目前在刀具、模具上用的最多的是沉积一层高硬度、高耐磨及抗腐蚀的TiC、TiN、Al↓2O↓3

或TiCN复合膜。这些镀层均很薄，实用厚度一般只有3～7μm。而在一般机器零件上可达10～

20μm。TiN的硬度为1800～2000HV，呈金黄色；TiC的硬度为2500～3200HV，呈暗灰色；

Al↓2O↓3的硬度为3000HV，它们与基材之间均具有牢固的冶金结合。对于机械磨损（低速切削）

来说，抗磨顺序依次是TiC＞TiCN＞TiN＞Al↓2O↓3，但对于热磨损（如高速切削）其抗磨顺序正

好相反。气相沉积不仅可以提高刀具、模具、机件的使用寿命，而且还使产品获得优美的外

观色彩。

三、激光和电子束表面合金化层

激光和电子束作为热源用于材料表面改性，是从70年代开始的。由于它们具有能量密度

高、加热冷却速度快、热影响区小、零件改性效果好等高能速表面处理技术的一切优点，而

且又不需要在真空室内进行，操作比较灵活，故发展速度很快。激光和电子束表面改性技术

主要包括三种类型：即相变硬化处理，熔凝处理和表面合金化与涂敷，本书着重介绍表面合

金化处理及其覆盖层组织。

激光和电子束表面合金化过程，实质上是一个表面冶金过程，即通过高密度能束与基材

表面涂层合金相互作用，使其发生物理冶金和化学变化，从而达到表面强化的目的。

目前用于钢件表面合金化的元素和碳化物很多，归纳起来有W、Cr、Ni、Mo、Co、Ti、

Si、B及WC、Cr↓3C↓2、TiC等，可根据工件表面所要求的性能来选择和确定。

钢件表面经合金化后，其组织状态按受热条件不同分为合金化区，热影响区（过热）和基

材组织三部分。合金化区一般呈铸态技晶状组织，在马氏体和残留奥氏体基体上分布各种共

晶碳化物相，起到强化作用。热影响区（包括扩散层）一般晶粒比较粗大，有的含Ni、Cr成分

比较高的扩散层，残留奥氏体量多，马氏体亦不易显示，常呈一条白带处于合金化层底部。总

之，采用激光表面强化技术可以在更宽的范围内改变硬化层的结构与性能。

四、热喷涂和喷焊层

热喷涂和喷焊技术作为一种新的表面防护、维修和强化方法在近20年中得到了飞速的发

展。所谓热喷涂就是利用某种热源（氧乙炔火焰、电弧、等离子弧等）将欲喷涂的材料加热，借

助气流把熔化或半熔化的雾状微粒通过喷嘴高速喷射到预先经过处理的工件表面上，形成附

着牢固的涂层。

热喷涂和喷焊技术有一系列优点：

（1）工艺简单，用氧乙炔火焰即可工作；

（2）选材范围广，喷涂材料可以任意配制，不受相图限制、可用钻基、镍基、铁基、铜

基自熔合金，也可用各种碳化物和氧化物陶瓷（WC、Cr↓3C↓2、TiC、Cr↓2O↓3、Al↓O↓3、TiO↓2等），或各种

高分子材料；

（3）实用性强，不仅可以用来维修、装饰产品，而且还可用来制造不同性能的产品零件

（如耐磨、耐蚀、耐热、抗振、隔热、密封、润滑、绝缘、导电、辐射等），因而得到广泛的应用。

热喷涂和喷焊层的组织取决于选用材料的成分和喷涂工艺。以上述自熔合金为例，它们

均含有许多金属与非金属元素，如C、B、Si、Cr、Fe、Ni、Co、Cu、W、Mo、Mn等，所以

喷焊后其覆盖层的组织很复杂，相很多，形态各异，很难一一鉴别，只有采用彩色金相、电

子探针、能谱、X射线衍射等分析手段，进行综合分析后才能分辨清楚，详见第六章。

五、电镀层

电镀是金属防腐的重要手段。近年来通过不断的革新和开发，出现了许多新工艺和新方

法，如：特种电镀（包括非晶态电镀、非金属电镀、复合电镀、合金电镀、电刷镀）；化学镀（镍－磷、

镍－硼）；热渗镀（包括离子、气体、液体、固体渗镀）等。这些镀层的出现，使钢件表面抗腐蚀能

力明显提高，同时，还赋予钢件表面某种特殊功能（如提高耐磨性、导电性、磁性、高温抗氧化

性等等）

电镀过程一般来说，是一个电化学的氧化还原过程，即利用电解的方法使金属的化合物

还原为金属，沉积在金属或非金属制品表面，形成一层平滑而致密的金属覆盖层。由于电镀

层通常都是在低温下通过电沉积的方式形成的（热渗镀除外），所以它与基体金属之间没有扩

散关系，因此也没有扩散层，只有一条明显而平直的分界线，故结合力不如其他工艺好。

第二节 金属表面渗层和覆盖层组织特点

金属表面渗层和覆盖层的组织具有组分特殊、合金相多、结构复杂、组织超细、层次多、

层薄等特点。

（1）组分特殊。表面处理（如激光合金化、热喷涂、离子注入等）可使零件表面获得整体材

料和一般热处理方法很难、甚至无法得到的超浓度、超饱和固溶体，而且还可获得各种合金

成分、陶瓷以及高分子材料层。

（2）合金相多。例如化学热处理可以向金属材料表面渗入多种合金元素，这些元素渗入

钢件后，又与其中的碳或合金元素化合，形成各种各样的固溶体和化合物相。再如激光表面

合金化层和热喷焊层，它们都是用多种元素组成的合金粉末经过快速熔化和冷凝而成的，其

中的相组成非常复杂，一般都有3～4种以上，有的多达7～8种相。

（3）结构复杂。覆盖层在特殊条件下可获得微晶或非晶态结构，其中化合物的晶体结构

亦多种多样，晶体形貌各异，有等轴晶，树枝晶、包状晶、柱状晶等等。

（4）组织超细。

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