Solidne rozwiązanie wzmacniające

1. Definicja

Zjawisko, podczas którego składniki stopowe rozpuszczają się w metalu nieszlachetnym, powodując pewien stopień odkształcenia siatki, a tym samym zwiększając wytrzymałość stopu.

2. Zasada

Atomy substancji rozpuszczonej w roztworze stałym powodują zniekształcenie sieci, co zwiększa opór ruchu dyslokacyjnego, utrudnia poślizg oraz zwiększa wytrzymałość i twardość stałego roztworu stopu. Zjawisko wzmacniania metalu poprzez rozpuszczenie określonego pierwiastka rozpuszczonego w celu utworzenia roztworu stałego nazywa się wzmacnianiem w roztworze stałym. Gdy stężenie atomów substancji rozpuszczonej jest odpowiednie, wytrzymałość i twardość materiału można zwiększyć, ale zmniejsza się jego wytrzymałość i plastyczność.

3. Czynniki wpływające

Im wyższy udział atomowy atomów substancji rozpuszczonej, tym większy efekt wzmacniający, szczególnie gdy udział atomowy jest bardzo niski, efekt wzmacniający jest bardziej znaczący.

Im większa różnica między atomami substancji rozpuszczonej i wielkością atomową metalu nieszlachetnego, tym większy efekt wzmacniający.

Atomy substancji rozpuszczonej śródmiąższowej mają większy efekt wzmacniający roztwory stałe niż atomy zastępcze, a ponieważ zniekształcenie sieci atomów śródmiąższowych w kryształach sześciennych skupionych na ciele jest asymetryczne, ich działanie wzmacniające jest większe niż w przypadku kryształów sześciennych skupionych na ścianie; ale atomy śródmiąższowe Rozpuszczalność w ciele stałym jest bardzo ograniczona, więc rzeczywisty efekt wzmacniający jest również ograniczony.

Im większa różnica w liczbie elektronów walencyjnych pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i metalu nieszlachetnego, tym bardziej oczywisty jest efekt wzmocnienia roztworu stałego, to znaczy granica plastyczności roztworu stałego wzrasta wraz ze wzrostem stężenia elektronów walencyjnych.

4. Stopień wzmocnienia roztworu stałego zależy głównie od następujących czynników

Różnica w wielkości pomiędzy atomami matrycy i atomami substancji rozpuszczonej. Im większa różnica wielkości, tym większa ingerencja w pierwotną strukturę kryształu i tym trudniej jest uzyskać poślizg dyslokacyjny.

Ilość pierwiastków stopowych. Im więcej dodanych pierwiastków stopowych, tym większy efekt wzmacniający. Jeśli zbyt wiele atomów jest za dużych lub za małych, rozpuszczalność zostanie przekroczona. Wiąże się to z innym mechanizmem wzmacniającym, wzmocnieniem w fazie rozproszonej.

Atomy śródmiąższowe substancji rozpuszczonej mają większy efekt wzmacniający roztwory stałe niż atomy zastępcze.

Im większa różnica w liczbie elektronów walencyjnych pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i metalem nieszlachetnym, tym bardziej znaczący jest efekt wzmocnienia roztworu stałego.

5. Efekt

Granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie i twardość są silniejsze niż czyste metale;

W większości przypadków plastyczność jest niższa niż w przypadku czystego metalu;

Przewodność jest znacznie niższa niż w przypadku czystego metalu;

Odporność na pełzanie lub utratę wytrzymałości w wysokich temperaturach można poprawić poprzez wzmocnienie roztworem stałym.

Hartowanie przez pracę

1. Definicja

Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia na zimno wzrasta wytrzymałość i twardość materiałów metalowych, ale maleje plastyczność i wytrzymałość.

2. Wprowadzenie

Zjawisko polegające na zwiększaniu wytrzymałości i twardości materiałów metalowych pod wpływem odkształcenia plastycznego poniżej temperatury rekrystalizacji, przy jednoczesnym spadku plastyczności i udarności. Znane również jako hartowanie na zimno. Powodem jest to, że gdy metal jest odkształcany plastycznie, ziarna kryształu ślizgają się, a dyslokacje ulegają splątaniu, co powoduje wydłużanie się, pękanie i rozwłóknianie ziaren kryształu, a w metalu powstają naprężenia szczątkowe. Stopień utwardzenia przez zgniot wyraża się zazwyczaj stosunkiem mikrotwardości warstwy wierzchniej po obróbce do mikrotwardości przed obróbką oraz głębokością utwardzonej warstwy.

3. Interpretacja z punktu widzenia teorii dyslokacji

(1) Przecięcie następuje pomiędzy dyslokacjami, a powstałe nacięcia utrudniają ruch dyslokacji;

(2) Pomiędzy dyslokacjami zachodzi reakcja, a utworzone przemieszczenie stałe utrudnia ruch dyslokacji;

(3) Następuje proliferacja dyslokacji, a wzrost gęstości dyslokacji dodatkowo zwiększa opór ruchu dyslokacji.

4. Szkoda

Utwardzanie przez zgniot powoduje trudności w dalszej obróbce części metalowych. Na przykład w procesie walcowania na zimno blachy stalowej walcowanie staje się coraz trudniejsze, dlatego konieczne jest zorganizowanie wyżarzania pośredniego podczas procesu obróbki, aby wyeliminować jej utwardzanie przez zgniot przez ogrzewanie. Innym przykładem jest nadanie powierzchni przedmiotu obrabianego kruchości i twardości w procesie skrawania, co przyspiesza zużycie narzędzia i zwiększa siłę skrawania.

5. Korzyści

Może poprawić wytrzymałość, twardość i odporność metali na zużycie, szczególnie w przypadku czystych metali i niektórych stopów, których nie można poprawić poprzez obróbkę cieplną. Na przykład ciągniony na zimno drut stalowy o wysokiej wytrzymałości i sprężyna zwijana na zimno itp. wykorzystują odkształcenie podczas obróbki na zimno, aby poprawić jego wytrzymałość i granicę sprężystości. Innym przykładem jest zastosowanie hartowania przez zgniot do poprawy twardości i odporności na zużycie zbiorników, torów ciągnikowych, szczęk kruszarki i rozjazdów kolejowych.

6. Rola w inżynierii mechanicznej

Po ciągnieniu na zimno, walcowaniu i śrutowaniu (patrz wzmacnianie powierzchni) i innych procesach można znacznie poprawić wytrzymałość powierzchniową materiałów metalowych, części i komponentów;

Po naprężeniu części lokalne naprężenia niektórych części często przekraczają granicę plastyczności materiału, powodując odkształcenie plastyczne. Ze względu na hartowanie, dalszy rozwój odkształceń plastycznych jest ograniczony, co może poprawić bezpieczeństwo części i komponentów;

Podczas tłoczenia metalowej części lub elementu, jej odkształceniu plastycznemu towarzyszy wzmocnienie, w wyniku czego odkształcenie przenosi się na nieobrobioną, utwardzoną część wokół niej. Po takich powtarzających się naprzemiennych działaniach można uzyskać części tłoczone na zimno o równomiernym odkształceniu przekroju poprzecznego;

Może poprawić wydajność cięcia stali niskowęglowej i ułatwić oddzielanie wiórów. Jednak utwardzanie przez zgniot powoduje również trudności w dalszej obróbce części metalowych. Na przykład drut stalowy ciągniony na zimno zużywa dużo energii do dalszego ciągnienia w wyniku utwardzania przez zgniot i może nawet zostać złamany. Dlatego przed ciągnieniem należy go wyżarzać, aby wyeliminować utwardzanie przez zgniot. Innym przykładem jest to, że aby powierzchnia przedmiotu obrabianego stała się krucha i twarda podczas cięcia, podczas ponownego cięcia zwiększa się siłę skrawania, co przyspiesza zużycie narzędzia.

Wzmocnienie drobnoziarniste

1. Definicja

Metodę poprawy właściwości mechanicznych materiałów metalowych poprzez rozdrobnienie ziaren kryształów nazywa się wzmacnianiem przez rafinację kryształów. W przemyśle wytrzymałość materiału poprawia się poprzez rafinację ziaren kryształu.

2. Zasada

Metale to zazwyczaj polikryształy złożone z wielu ziaren kryształów. Wielkość ziaren kryształów można wyrazić liczbą ziaren kryształów na jednostkę objętości. Im większa liczba, tym drobniejsze ziarna kryształu. Eksperymenty pokazują, że drobnoziarniste metale w temperaturze pokojowej mają wyższą wytrzymałość, twardość, plastyczność i wytrzymałość niż metale gruboziarniste. Dzieje się tak dlatego, że drobne ziarna ulegają odkształceniu plastycznemu pod wpływem siły zewnętrznej i mogą być rozproszone w większej liczbie ziaren, odkształcenie plastyczne jest bardziej równomierne, a koncentracja naprężeń jest mniejsza; ponadto im drobniejsze ziarna, tym większy obszar granic ziaren i bardziej kręte granice ziaren. Tym bardziej niekorzystna jest propagacja pęknięć. Dlatego metoda poprawy wytrzymałości materiału poprzez rafinację ziaren kryształów nazywana jest w przemyśle wzmacnianiem przez rozdrobnienie ziarna.

3. Efekt

Im mniejszy rozmiar ziarna, tym mniejsza liczba dyslokacji (n) w klastrze dyslokacji. Zgodnie z τ=nτ0 im mniejsza koncentracja naprężeń, tym większa wytrzymałość materiału;

Prawo wzmacniające dotyczące wzmacniania drobnoziarnistego polega na tym, że im więcej granic ziaren, tym drobniejsze są ziarna. Zgodnie z zależnością Halla-Peiqi, im mniejsza jest średnia wartość (d) ziaren, tym wyższa jest granica plastyczności materiału.

4. Metoda rozdrobnienia ziarna

Zwiększ stopień przechłodzenia;

Leczenie pogorszenia;

Wibracje i mieszanie;

W przypadku metali odkształcanych na zimno ziarna kryształów można uszlachetnić, kontrolując stopień odkształcenia i temperaturę wyżarzania.

Wzmocnienie drugiej fazy

1. Definicja

W porównaniu ze stopami jednofazowymi, stopy wielofazowe oprócz fazy osnowy posiadają drugą fazę. Gdy druga faza zostanie równomiernie rozprowadzona w fazie matrycy z drobno zdyspergowanymi cząstkami, będzie to miało znaczący efekt wzmacniający. Ten efekt wzmacniający nazywany jest wzmacnianiem drugiej fazy.

2. Klasyfikacja

W przypadku ruchu dyslokacji druga faza zawarta w stopie ma dwie następujące sytuacje:

(1) Wzmocnienie cząstek nieodkształcalnych (mechanizm obejściowy).

(2) Wzmocnienie cząstek odkształcalnych (mechanizm przecinający).

Zarówno wzmocnienie dyspersyjne, jak i umocnienie wydzieleniowe są szczególnymi przypadkami wzmacniania drugiej fazy.

3. Efekt

Główną przyczyną wzmocnienia drugiej fazy jest wzajemne oddziaływanie między nimi a dyslokacją, co utrudnia ruch dyslokacji i poprawia odporność stopu na odkształcenia.

podsumowując

Najważniejszymi czynnikami wpływającymi na wytrzymałość są skład, struktura i stan powierzchni samego materiału; drugi to stan siły, taki jak prędkość działania, sposób obciążenia, proste rozciąganie lub powtarzająca się siła, będą wykazywać różne siły; Ponadto geometria i wielkość próbki oraz medium testowego również mają ogromny wpływ, czasem nawet decydujący. Na przykład wytrzymałość na rozciąganie stali o ultrawysokiej wytrzymałości w atmosferze wodoru może gwałtownie spaść.

Istnieją tylko dwa sposoby wzmacniania materiałów metalowych. Jednym z nich jest zwiększenie siły wiązania międzyatomowego stopu, zwiększenie jego wytrzymałości teoretycznej i przygotowanie kompletnego kryształu bez defektów, takich jak wąsy. Wiadomo, że wytrzymałość żelaznych wąsów jest bliska wartości teoretycznej. Można uznać, że dzieje się tak dlatego, że w wąsach nie ma dyslokacji lub istnieje tylko niewielka ilość dyslokacji, które nie mogą się rozmnażać w procesie deformacji. Niestety, gdy średnica wąsa jest większa, wytrzymałość gwałtownie spada. Innym podejściem do wzmacniania jest wprowadzenie do kryształu dużej liczby defektów, takich jak dyslokacje, defekty punktowe, heterogeniczne atomy, granice ziaren, silnie rozproszone cząstki lub niejednorodności (takie jak segregacja) itp. Defekty te utrudniają ruch dyslokacji i Znacząco poprawiają również wytrzymałość metalu. Fakty udowodniły, że jest to najskuteczniejszy sposób na zwiększenie wytrzymałości metali. W przypadku materiałów inżynieryjnych osiągnięcie lepszej kompleksowej wydajności następuje zazwyczaj poprzez kompleksowe efekty wzmacniające.