⑴強化機制
強化就是強度增高的現(xiàn)象。強度一般指對塑性變形的抗力。金屬的塑性變形是位錯運動引起的，所以阻礙位錯運動都會使金屬的強度提高，造成強化。金屬結(jié)構(gòu)中能阻礙位錯運動的障礙可以主要歸納為四種，因而強化機制也有四種：
溶質(zhì)原子-固溶強化；晶界-細(xì)晶強化；第二相粒子-第二相強化；位錯-位錯強化。
固溶強化
合金形成固溶體時，由于溶質(zhì)原子與溶劑金屬原子大小不同，溶劑晶格發(fā)生畸變，并在周圍造成一個彈性應(yīng)力場。此應(yīng)力場與運動位錯的應(yīng)力場發(fā)生交互作用，使位錯的運動受阻。不同合金元素溶于F中所產(chǎn)生的固溶強化效應(yīng)不同。其中C、N的強化效果最大；P的強化效果也很顯著，但它增大鋼的冷脆性；一般以Mn、Si等為強化元素較適宜。
②細(xì)晶強化
晶界分大角度晶界（如A、F的晶粒邊界等）和小角度晶界（如M板條間的界面、亞晶粒之間的界面等）兩類。晶界能有效地阻礙位錯運動，使金屬強化。晶粒愈細(xì)，強化作用愈大。鋼中常用細(xì)化晶粒的元素有Nb、V、Al、Ti等。細(xì)化晶粒在提高鋼強度的同時也改善韌性，這是其它強化機制不可能做到的。
③第二相強化
運動位錯通過位于滑移面上的第二相粒子時，需要消耗額外的能量，使合金發(fā)生強化。位錯通過第二相粒子的機制有兩種：①當(dāng)粒子間距或粒子直徑很小時，位錯切割粒子而通過，強化效應(yīng)隨粒子間距的增大而增強；②當(dāng)粒子間距大于某臨界值時（例如一般工業(yè)合金的情況），位錯則繞過粒子。因此，要求第二相粒子有很高的彌散度。獲得高彌散度粒子的方法有兩種。一種是依靠熱處理從過飽和固溶體中沉淀析出第二相（稱為析出強化或沉淀硬化）；另一種是利用機械、化學(xué)等方法引入極細(xì)的第二相粒子（稱為分散硬化）。鋼中P內(nèi)滲碳體片所起的強化作用也屬于第二相強化，其強化量與片間距的平方根成反比。片愈細(xì)，間距愈小，強化作用愈大。
④位錯強化
運動位錯碰上與滑移面相交的其它位錯時，發(fā)生交割而使運動受阻。一般說，面心立方金屬中的位錯強化效應(yīng)比體心立方金屬的大。面心立方金屬（例如Cu、Al）利用位錯強化是很有利的。金屬的冷變形能產(chǎn)生大量位錯，所以強化效果顯著。
合金中的相變，特別是低溫下伴隨有容積變化的相變，如M相變等，都會造成大量的位錯，也能使合金顯著強化。
實際金屬中，都是幾種強化機制同時起作用，很少只有一種強化機制起作用的。
⑵工具鋼的強化
提高工具鋼強度最重要的方法是淬火和隨后回火。
工具鋼淬火得到M：
①M中溶有過飽和的碳及合金元素，產(chǎn)生很強的固溶強化效應(yīng)；
②M形成時產(chǎn)生高密度位錯，位錯強化效應(yīng)很大；
③A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時，形成許多極細(xì)小的、取向不同的M束，產(chǎn)生細(xì)晶強化效應(yīng)。
因此淬火M具有很高的硬度，但脆性極大。淬火后回火，M中析出細(xì)碳化物粒子，間隙固溶強化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強烈的析出強化效應(yīng)。由于基本上保持了淬火態(tài)的細(xì)小晶粒，較高密度的位錯及一定的固溶強化作用，所以回火M仍具有很高的強度，并且因間隙固溶引起的脆性減輕，韌性還大大改善。由此可知，M強化充分而合理地利用了全部四種強化機制，是工具鋼的最經(jīng)濟和最有效的強化方法。
合金元素加入鋼中，首要的目的是提高淬透性，保證在淬火時容易獲得M。合金元素通過置換固溶強化機制，能夠直接提高鋼的強度，但作用有限。在完全獲得M的條件下，碳鋼和合金鋼的強度水平是一樣的。
合金元素加入的第二目的是提高工具鋼的回火穩(wěn)定性，使工具鋼回火時析出的碳化物更細(xì)小、均勻和穩(wěn)定；并使M的微細(xì)晶粒及高密度位錯保持到較高溫度。這樣，在相同韌性的條件下，合金鋼比碳鋼具有更高的強度。此外有些合金元素還可使工具鋼產(chǎn)生二次硬化，得到良好的高溫性能。
由上可見，合金元素對工具鋼強度的影響，主要是通過對工具鋼的相變過程的影響起作用的，合金元素的良好作用，也只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍艹浞职l(fā)揮出來。
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