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一般情況下溫度越高硬度越低的原因
/ m7 R+ z4 d; ~$ s晶體結構變化方面
* D* m5 b1 D2 ` V* u9 S 對于金屬材料,溫度升高時,原子的熱運動加劇。在金屬晶體中,原子(離子)是規(guī)則排列的,比如金屬鐵是體心立方結構。隨著溫度上升,原子的振動幅度增大,原子之間的平衡間距發(fā)生改變。當溫度足夠高時,原子的規(guī)則排列會受到破壞,晶格發(fā)生畸變。例如,當鋼鐵加熱到一定溫度(如奧氏體化溫度),其晶體結構會從鐵素體等結構轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結構,奧氏體相對比較軟,這就導致材料硬度降低。
1 a% e7 B( c" w& ^1 p$ u2 _位錯運動方面$ E+ B6 i. V' I$ e: l# Y, ^
材料的硬度和位錯運動的難易程度有關。位錯是晶體中的一種線缺陷,它的運動受到多種因素的影響。在常溫下,位錯運動可能會受到其他雜質(zhì)原子、晶界等的阻礙。隨著溫度升高,原子的能量增加,為位錯運動提供了更多的能量。位錯更容易在晶格中移動,使得材料更容易發(fā)生塑性變形,從而硬度降低。就像在一個擁擠的房間里(代表常溫下的晶格),人們(代表位錯)很難移動,但是當房間溫度升高(比喻溫度升高),人們獲得了更多的能量,就更容易在房間里移動了。1 ?& e* }( ~' S
相轉(zhuǎn)變方面
# W. g7 M& C( i& A1 T; U 許多材料在不同溫度下會發(fā)生相轉(zhuǎn)變。以鋼為例,在加熱過程中,珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變。珠光體是鐵素體和滲碳體片層相間的組織,硬度較高,而奧氏體是碳溶解在 γ - Fe 中的間隙固溶體,具有較好的塑性和較低的硬度。這種相轉(zhuǎn)變過程會使材料的硬度隨溫度升高而降低。
9 K& K) e; E' v; J. j$ H關于 “熟化” 概念與硬度降低關系在一些材料體系中,如納米材料的生長過程中有 “熟化” 現(xiàn)象!笆旎 是指小顆粒溶解,溶質(zhì)原子擴散并沉積到大顆粒上的過程。不過,在一般討論材料硬度隨溫度升高而降低的情況時,“熟化” 不是主要原因。6 V! J) r6 i! D6 j1 A- x9 |; S
0 O+ T! {+ A* c; ?* n- A但在某些特殊的材料系統(tǒng),比如含有納米析出相的合金中,溫度升高可能會加速析出相的熟化過程。如果析出相是起強化作用的(如一些彌散分布的硬質(zhì)第二相粒子),它們的熟化長大或者溶解會導致材料的強化效果減弱,進而硬度降低。不過這是比較特殊的情況,而且和傳統(tǒng)意義上的單純溫度升高導致材料基體本身硬度下降的機制有所不同。4 p$ [) I4 d9 B
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所以溫度升高硬度降低主要是由于晶體結構變化、位錯運動更容易和相轉(zhuǎn)變等原因,“熟化” 在特定情況下可能會對硬度產(chǎn)生影響,但不是普遍的主要因素。
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