1.3.3　晶界強(qiáng)化

晶界強(qiáng)化通常是指晶界對材料強(qiáng)度的影響既取決于晶界本身,更大程度上與晶界對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用有關(guān)。相同條件下,晶粒尺寸越小,晶界所占體積越大,對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用越明顯,材料的強(qiáng)度、硬度越高。且晶界越多,對塑性變形的約束作用越強(qiáng),材料的塑性變形越均勻,合金的塑性越好。同時(shí)晶界具有阻礙裂紋擴(kuò)展的作用,減小晶粒尺寸可以有效提升材料的韌性。晶界強(qiáng)化是幾種主要強(qiáng)化方式中唯一一種既能提升材料強(qiáng)度、硬度又能提升材料塑性、韌性的強(qiáng)化方式。

一般來說,晶粒內(nèi)部原子呈周期性排列,但晶界和附近區(qū)域的原子則會偏離周期性排列。當(dāng)溫度較低時(shí),晶界會通過阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生位錯(cuò)塞積的方式對金屬基體產(chǎn)生顯著強(qiáng)化作用。而當(dāng)溫度較高時(shí),晶界對位錯(cuò)的阻礙作用能被回復(fù)作用抵消,容易發(fā)生晶界附近的位錯(cuò)塞積與晶界附近的缺陷相互作用而消失的現(xiàn)象,從而使晶界強(qiáng)度發(fā)生明顯下降。由此,當(dāng)溫度較高時(shí)晶界一般被看作是弱化部位,但可以通過向金屬基體中加入適量的微合金元素消除雜質(zhì)元素的方法提高晶界的純凈度,使晶界強(qiáng)化。除此之外還可以采用定向凝固技術(shù)和消除單晶技術(shù)來控制晶界,在熔煉過程中使金屬材料在一定方向產(chǎn)生溫度梯度,減少甚至消除金屬基體中的橫向(與外應(yīng)力垂直的方向)晶界,從而有效提高合金的高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變性能。通過工藝手段使原本平直的晶界發(fā)生彎曲,能增加晶界對位錯(cuò)的阻礙作用,這也是有效的強(qiáng)化手段之一。