工程材料的强化方式优化方法

作为机械产品的设计者，对工程材料的强化方式和强化手段也应当有所了解，以便最经济、最合理地选择材料和确定强化方式。对于晶体材料而言，由于其塑性变形的实质是位错运动，所以晶体强化的本质就是阻碍晶体中位错的运动。

常见工程材料的强化方式主要有以下6种：

1.固溶强化

当两种或两种以上的元素形成合金时，溶质原子溶入基体的晶格中，由于溶质原子与溶剂原子的大小差异，造成晶格畸变，阻碍了位错的运动，从而使强度升高。这种现象称为固溶强化。固溶强化是工程材料应用最广泛的强化方式之一，普通低合金钢、铝锌合金、单相黄铜等都是主要依靠固溶强化来提高其强度的。

2.加工硬化

材料在变形时，随着变形量的增加，其强度和硬度提高，而塑性和韧性下降的现象称为加工硬化。这种强化方式实际上是一种位错强化，强化的主要原因是由于位错密度的增加导致位错运动困难，从而提高了材料强度。冷拔弹簧钢丝就是典型的加工硬化案例，经过加工硬化的钢丝强度可达到2800MPa以上。

3.细化组织强化

这种强化方式也叫晶界强化。晶界的作用主要有两点，一方面它是位错运动的障碍；另一方面它又是位错聚集的地方。所以晶粒越细小，晶界面积越增加，位错密度也增大，从而强度提高。细化组织强化的特点是，在提高强度的同时，其塑性和韧性也随之提高，这是其他强化方式所不能比拟的，因此，细化组织强化是提高材料性能最好的手段之一。孕育铸铁、铝硅基铸造铝合金都是通过孕育处理细化组织来提高强度的。(www.xing528.com)

4.第二相强化

第二相强化包括沉淀强化、弥散强化和双相合金中的第二相强化。当合金中存在两相时，第二相粒子在基体中会阻碍位错运动，这导致强度提高。铝铜合金、铝铜镁合金、铝镁硅合金、铍青铜是典型的沉淀强化。烧结铝、TD-镍、经淬火和时效处理的TiC类钛合金则是弥散强化的代表。而两相黄铜中的α相和β相、共析钢中的珠光体组织等则是第二相强化的典型例子。

5.相变强化

在钢铁材料中，常常采用相变强化方式来强化合金。例如，通过贝氏体相变、马氏体相变来进行强化。这种相变强化实际上是多种强化效果的综合，所以其强化效果十分显著。

6.复合强化

在复合材料中，由于其中的增强相对基体变形有约束作用，所以提高了变形抗力，导致强度提高。例如，用水泥和骨料（沙子或石子）组成的混凝土，用炭黑作填料的橡胶，由玻璃纤维制造的玻璃钢等，都是典型的复合材料。复合材料中的硬质相对强度性能的提高起主要作用。