通過合金(jin)化、塑性變(bian)形和熱處(chu)理(li)(li)等手段提(ti)高金(jin)屬材料(liao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)，稱為金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化。所謂強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)是(shi)指(zhi)(zhi)材料(liao)對塑性變(bian)形和斷裂(lie)的(de)(de)(de)(de)抗力(li)，用給定(ding)條件下(xia)材料(liao)所能(neng)承受的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)來表示(shi)。隨試(shi)驗(yan)(yan)條件不同(tong)，強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)有(you)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)表示(shi)方法，如(ru)(ru)(ru)室溫(wen)準(zhun)靜態拉伸試(shi)驗(yan)(yan)所測(ce)定(ding)的(de)(de)(de)(de)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)、流變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)、抗拉強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)、斷裂(lie)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)等；壓(ya)縮試(shi)驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)抗壓(ya)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)；彎(wan)曲(qu)試(shi)驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)抗彎(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)；疲(pi)勞試(shi)驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)；高溫(wen)條件靜態拉伸所測(ce)的(de)(de)(de)(de)持久強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)。每(mei)一種強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)都(dou)有(you)其(qi)特殊的(de)(de)(de)(de)物理(li)(li)本質，所以(yi)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化不是(shi)籠統的(de)(de)(de)(de)概念，而(er)是(shi)具體反映到某(mou)個(ge)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)指(zhi)(zhi)標上。一種手段對提(ti)高某(mou)一強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)指(zhi)(zhi)標可(ke)能(neng)是(shi)有(you)效的(de)(de)(de)(de)，而(er)對另一強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)指(zhi)(zhi)標未必(bi)有(you)效。影響強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)因素很多。最重要的(de)(de)(de)(de)是(shi)材料(liao)本身的(de)(de)(de)(de)成分(fen)、組織(zhi)結構和表面(mian)狀(zhuang)態；其(qi)次是(shi)受力(li)狀(zhuang)態，如(ru)(ru)(ru)加力(li)快慢(man)、加載方式，是(shi)簡單拉伸還是(shi)反復受力(li)，都(dou)會表現(xian)出不同(tong)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)；此(ci)外，試(shi)樣(yang)幾(ji)何(he)形狀(zhuang)和尺(chi)寸(cun)及試(shi)驗(yan)(yan)介質也(ye)都(dou)有(you)很大的(de)(de)(de)(de)影響，有(you)時甚至是(shi)決定(ding)性的(de)(de)(de)(de)，如(ru)(ru)(ru)超(chao)高強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)鋼在氫氣氛中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)拉伸強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)可(ke)能(neng)成倍地下(xia)降。

　　在本文中，強(qiang)(qiang)化一般是(shi)指金(jin)屬材料(liao)的室(shi)溫(wen)流變(bian)強(qiang)(qiang)度(du)，即光滑試樣在大氣中、按(an)給定的變(bian)形速(su)率(lv)、室(shi)溫(wen)下(xia)拉(la)伸時所能承(cheng)受應(ying)力的提(ti)高(gao)。應(ying)強(qiang)(qiang)調(diao)指出：提(ti)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)并不(bu)是(shi)改善(shan)金(jin)屬材料(liao)性能惟一的目標，即使(shi)對金(jin)屬結構材料(liao)來(lai)說，除(chu)了(le)不(bu)斷提(ti)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)以外(wai)，也還(huan)必須注意材料(liao)的綜合性能，即根據(ju)使(shi)用條件(jian)，要有(you)足夠的塑性和(he)韌性以及對環境與介質的適應(ying)性。

　　1.強化的理論基礎：

　　從根本上(shang)講，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)來(lai)源于原(yuan)(yuan)子(zi)間(jian)結合力(li)(li)。如果一(yi)個(ge)(ge)理(li)想(xiang)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)，在(zai)(zai)切(qie)(qie)應(ying)(ying)力(li)(li)作用下沿(yan)一(yi)定晶(jing)(jing)面(mian)(mian)和(he)晶(jing)(jing)向發(fa)(fa)生(sheng)滑(hua)移(yi)形變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，根據計算(suan)，此時(shi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)理(li)論(lun)切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)一(yi)般是(shi)其(qi)切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)模(mo)量(liang)的(de)(de)(de)1/10～1/30。而金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)實際強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)只是(shi)這個(ge)(ge)理(li)論(lun)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)幾(ji)十分之(zhi)一(yi)，甚至幾(ji)千分之(zhi)一(yi)。例如，純鐵(tie)單晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)室溫切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)約為5kgf/mm2，而按鐵(tie)的(de)(de)(de)切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)模(mo)量(liang)(5900kgf/mm2)來(lai)估算(suan)，其(qi)理(li)論(lun)切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)應(ying)(ying)達650kgf/mm2。造成這樣大差(cha)異的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)因曾是(shi)人(ren)們(men)長期關注的(de)(de)(de)課(ke)題。直到1934年，奧(ao)羅萬(E.Orowan)、波拉(la)尼(ni)(M.Polanyi)和(he)泰勒(le)(G.I.Taylor)分別(bie)提(ti)出晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)概念(nian)；位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)理(li)論(lun)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展揭示了(le)(le)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)實際切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)（和(he)屈服(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)）低(di)于理(li)論(lun)切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)本質。在(zai)(zai)有(you)位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)情況下，切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)滑(hua)移(yi)是(shi)通過位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)運動來(lai)實現的(de)(de)(de)，所(suo)(suo)涉及的(de)(de)(de)是(shi)位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)線(xian)附近(jin)的(de)(de)(de)幾(ji)列原(yuan)(yuan)子(zi)。而對于無(wu)位(wei)(wei)(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)近(jin)完整晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)，切(qie)(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)時(shi)滑(hua)移(yi)面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)(de)所(suo)(suo)有(you)原(yuan)(yuan)子(zi)將(jiang)同時(shi)滑(hua)移(yi)，這時(shi)需克服(fu)的(de)(de)(de)滑(hua)移(yi)面(mian)(mian)上(shang)下原(yuan)(yuan)子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)鍵(jian)合力(li)(li)無(wu)疑要(yao)大得多。金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)理(li)論(lun)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)與(yu)實際強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)巨大差(cha)別(bie)，為金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)提(ti)供了(le)(le)可能性(xing)和(he)必要(yao)性(xing)。可以認為實測的(de)(de)(de)純金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)單晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)在(zai)(zai)退火狀態下的(de)(de)(de)臨界分切(qie)(qie)應(ying)(ying)力(li)(li)表示了(le)(le)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)基礎強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)，是(shi)材料強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)下限(xian)值(zhi)；而估算(suan)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)理(li)論(lun)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)是(shi)經(jing)過強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)之(zhi)后所(suo)(suo)能期望達到的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)上(shang)限(xian)。

　　金(jin)屬(shu)材料(liao)的(de)強(qiang)化(hua)途(tu)徑(jing)(jing)(jing)不(bu)外兩個，一(yi)是(shi)提(ti)高合金(jin)的(de)原子間結(jie)合力，提(ti)高其理論強(qiang)度(du)，并制(zhi)得無缺(que)陷(xian)(xian)的(de)完整晶(jing)(jing)體(ti)，如晶(jing)(jing)須(xu)。已知鐵的(de)晶(jing)(jing)須(xu)的(de)強(qiang)度(du)接近(jin)理論值，可(ke)(ke)以(yi)認(ren)為(wei)這是(shi)因為(wei)晶(jing)(jing)須(xu)中沒(mei)有(you)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)，或者只包含少量在形(xing)變過程中不(bu)能增殖的(de)位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)。可(ke)(ke)惜當(dang)晶(jing)(jing)須(xu)的(de)直(zhi)徑(jing)(jing)(jing)較大時(如大于5μm)，強(qiang)度(du)會急(ji)劇下降。有(you)人解(jie)釋為(wei)大直(zhi)徑(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)須(xu)在生長(chang)過程中引入(ru)了(le)(le)可(ke)(ke)動位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)，一(yi)旦有(you)可(ke)(ke)動位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)存(cun)在，強(qiang)度(du)就(jiu)急(ji)劇下降了(le)(le)。從自前來看，只有(you)少數幾種晶(jing)(jing)須(xu)作為(wei)結(jie)構(gou)材料(liao)得到了(le)(le)應用。另一(yi)強(qiang)化(hua)途(tu)徑(jing)(jing)(jing)是(shi)向晶(jing)(jing)體(ti)內引入(ru)大量晶(jing)(jing)體(ti)缺(que)陷(xian)(xian)，如位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)、點缺(que)陷(xian)(xian)、異類原子、晶(jing)(jing)界、高度(du)彌散(san)的(de)質點或不(bu)均(jun)勻性(xing)（如偏聚）等，這些缺(que)陷(xian)(xian)阻礙位(wei)(wei)錯(cuo)(cuo)運動，也會明顯地提(ti)高金(jin)屬(shu)強(qiang)度(du)。事實證明，這是(shi)提(ti)高金(jin)屬(shu)強(qiang)度(du)最(zui)有(you)效的(de)途(tu)徑(jing)(jing)(jing)。

　　對工程材料來說，一般(ban)是通過綜合(he)的(de)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)效(xiao)應以達(da)到較好的(de)綜合(he)性能。具體方法有固溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、形變(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、沉淀強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)和彌散強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、細化(hua)(hua)(hua)晶粒強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、擇(ze)優取向強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、復相強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)、纖維強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)和相變(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)等，這些方法往往是共存的(de)。材料經(jing)過輻照后(hou)，也會產生強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)效(xiao)應，但一般(ban)不把(ba)它作為強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)手段。

鏈接：金屬強化的機理與形式（二）
鏈接：金屬強化的機理與形式（三）