第 4章 材料强化
4.1概述
4.2力学实验与材料性能
4.4固 溶 强 化
4.3加 工 硬 化
4.5弥 散 强 化
4.6固态相变强化
2个学时
2个学时
2个学时
加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增
值所引起的，所以能够产生加工硬化的材料
必须是位错能够滑移的塑性材料
4.3加 工 硬 化
加工硬化主要是与金属和合金等塑性材
料有关的概念。众所周知，金属的性能
可以通过冷加工即在低温下使金属发生
形变的方法来改变。
图 4.19加工硬化产生原理
4.3加 工 硬 化
?通过使金属发生塑性变形的方式，可以
使其屈服强度增高。这就是所谓的加工硬
化。
? 材料的屈服强度逐渐增高的同时，作为材
料塑性指标的延伸率逐渐降低。
4.3加 工 硬 化
一般情况下，未经历冷加工的金属材料
中的位错密度约为 106cm/cm3。相对来说，
这样的位错密度还是很小的。
经过了冷加工的金属材料中的位错密度可
增殖至 1012cm/cm3,比初始的位错密度大
近百万倍。位错密度越大，位错之间的相
互作用也越大，对位错进行滑移的阻力也
随之增大。这就是加工硬化的原理。
加工硬化的原理
4.3加 工 硬 化
Frank-Reed位错源
图 4.20位错增殖示意图
4.3加 工 硬 化
利用加工硬化，可以在获得所需的金属材料
的形状的同时，提高材料的强度。尤其是对
于那些不能采用各种热处理强化方法的材料，
如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等，加
工硬化方法显得更加重要。
利用各种材料加工技术，如轧制、锻造、
冲压、拉拔、挤压等等，都可以达到利用
加工硬化提高材料强度的目的。
4.3加 工 硬 化
图 4.21冷加工或添加锌对铜的电导率和屈服
强度的影响
4.3加 工 硬 化
陶瓷中也会有一些位错，所以也会出现很小程
度的加工硬化。但是，陶瓷通常很脆，在低温
时不可能发生明显的塑性变形，只有在高温下
才会有塑性变形。
热弹性高分子材料在塑性变形时也会有硬化现
象。但其原因不是加工硬化，而是长链分子发
生了重新排列甚至晶化。
4.3加 工 硬 化
有时需要消除冷加工所产生的加工硬化。在
这种情况下，可以对材料进行退火。
退火后的材料既可以保持冷加工后所得到的
精确尺寸和良好表面，又可以恢复材料的塑
性。
退火后的材料可以继续进行冷加工。这样将
冷加工与退火相结合，可以使材料的最终变
形达到一个很大的值。
4.3加 工 硬 化
“相”指的是一种结构
在一个相中，结构或者原子排列处处
相同，化学成分处处相同
相与周围环境或其他相之间一定存在明
确的界面
4.4固 溶 强 化
无限固溶体 没有溶解度限制的固溶
体,如镍铜。
有限固溶体 有溶解度限制的固溶体,如铜锌合金（黄铜）。
也有一些完全不能互相溶解的现象。例如，
油和水就不能互相溶解。铜和铅也不能形
成固溶体。
4.4固 溶 强 化
固溶体与混合物的区别
混合物中含有 2种以上的相，混合
物中的这些相依然保持自己的特
性
固溶体本身只是一个相，组成固溶体
的各个组元都已经相互溶解，不再保
持组元自己的特性。
混合物
固溶体
4.4固 溶 强 化
通过形成固溶体合金，可以实现固溶强化
的目的。镍铜合金的强度大于纯铜。当锌
的添加量少于 30%时得到的铜锌合金，其
强度也大于纯铜。
4.4固 溶 强 化
固溶强化的效果决定因素
1.溶剂原子和溶质原子的尺寸差别
越大，固溶强化的效果越大
2.添加的合金元素越多，固溶强化的
效果也越大。
4.4固 溶 强 化
图 4.22各种合金
元素对铜的屈服
强度的影响
4.4固 溶 强 化
图 4.23铜镍合金的
力学性能
4.4固 溶 强 化
1,合金的屈服强度，抗拉强度，硬度等会超
过纯金属。
2,几乎所有的合金的塑性都低于纯金属。但
是，铜锌合金的强度和塑性都高于纯铜，
这是一个例外。
3,合金的导电率大大低于纯金属。所以不应
该用固溶强化的铜合金或铝合金作导线。
4,固溶强化能够改善合金的抗蠕变性能。高
温环境不会明显损害固溶强化效果。
固溶强化对材料性质的影响
4.4固 溶 强 化
4.1概述
4.2力学实验与材料性能
4.4固 溶 强 化
4.3加 工 硬 化
4.5弥 散 强 化
4.6固态相变强化
2个学时
2个学时
2个学时
加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增
值所引起的，所以能够产生加工硬化的材料
必须是位错能够滑移的塑性材料
4.3加 工 硬 化
加工硬化主要是与金属和合金等塑性材
料有关的概念。众所周知，金属的性能
可以通过冷加工即在低温下使金属发生
形变的方法来改变。
图 4.19加工硬化产生原理
4.3加 工 硬 化
?通过使金属发生塑性变形的方式，可以
使其屈服强度增高。这就是所谓的加工硬
化。
? 材料的屈服强度逐渐增高的同时，作为材
料塑性指标的延伸率逐渐降低。
4.3加 工 硬 化
一般情况下，未经历冷加工的金属材料
中的位错密度约为 106cm/cm3。相对来说，
这样的位错密度还是很小的。
经过了冷加工的金属材料中的位错密度可
增殖至 1012cm/cm3,比初始的位错密度大
近百万倍。位错密度越大，位错之间的相
互作用也越大，对位错进行滑移的阻力也
随之增大。这就是加工硬化的原理。
加工硬化的原理
4.3加 工 硬 化
Frank-Reed位错源
图 4.20位错增殖示意图
4.3加 工 硬 化
利用加工硬化，可以在获得所需的金属材料
的形状的同时，提高材料的强度。尤其是对
于那些不能采用各种热处理强化方法的材料，
如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等，加
工硬化方法显得更加重要。
利用各种材料加工技术，如轧制、锻造、
冲压、拉拔、挤压等等，都可以达到利用
加工硬化提高材料强度的目的。
4.3加 工 硬 化
图 4.21冷加工或添加锌对铜的电导率和屈服
强度的影响
4.3加 工 硬 化
陶瓷中也会有一些位错，所以也会出现很小程
度的加工硬化。但是，陶瓷通常很脆，在低温
时不可能发生明显的塑性变形，只有在高温下
才会有塑性变形。
热弹性高分子材料在塑性变形时也会有硬化现
象。但其原因不是加工硬化，而是长链分子发
生了重新排列甚至晶化。
4.3加 工 硬 化
有时需要消除冷加工所产生的加工硬化。在
这种情况下，可以对材料进行退火。
退火后的材料既可以保持冷加工后所得到的
精确尺寸和良好表面，又可以恢复材料的塑
性。
退火后的材料可以继续进行冷加工。这样将
冷加工与退火相结合，可以使材料的最终变
形达到一个很大的值。
4.3加 工 硬 化
“相”指的是一种结构
在一个相中，结构或者原子排列处处
相同，化学成分处处相同
相与周围环境或其他相之间一定存在明
确的界面
4.4固 溶 强 化
无限固溶体 没有溶解度限制的固溶
体,如镍铜。
有限固溶体 有溶解度限制的固溶体,如铜锌合金（黄铜）。
也有一些完全不能互相溶解的现象。例如，
油和水就不能互相溶解。铜和铅也不能形
成固溶体。
4.4固 溶 强 化
固溶体与混合物的区别
混合物中含有 2种以上的相，混合
物中的这些相依然保持自己的特
性
固溶体本身只是一个相，组成固溶体
的各个组元都已经相互溶解，不再保
持组元自己的特性。
混合物
固溶体
4.4固 溶 强 化
通过形成固溶体合金，可以实现固溶强化
的目的。镍铜合金的强度大于纯铜。当锌
的添加量少于 30%时得到的铜锌合金，其
强度也大于纯铜。
4.4固 溶 强 化
固溶强化的效果决定因素
1.溶剂原子和溶质原子的尺寸差别
越大，固溶强化的效果越大
2.添加的合金元素越多，固溶强化的
效果也越大。
4.4固 溶 强 化
图 4.22各种合金
元素对铜的屈服
强度的影响
4.4固 溶 强 化
图 4.23铜镍合金的
力学性能
4.4固 溶 强 化
1,合金的屈服强度，抗拉强度，硬度等会超
过纯金属。
2,几乎所有的合金的塑性都低于纯金属。但
是，铜锌合金的强度和塑性都高于纯铜，
这是一个例外。
3,合金的导电率大大低于纯金属。所以不应
该用固溶强化的铜合金或铝合金作导线。
4,固溶强化能够改善合金的抗蠕变性能。高
温环境不会明显损害固溶强化效果。
固溶强化对材料性质的影响
4.4固 溶 强 化
