Ојачавање чврстим раствором

1. Дефиниција

Феномен у којем се легирајући елементи растварају у основном металу како би изазвали одређени степен изобличења решетке и тиме повећали чврстоћу легуре.

2. Принцип

Атоми растворене супстанце растворени у чврстом раствору изазивају изобличење решетке, што повећава отпор кретању дислокација, отежава клизање и повећава чврстоћу и тврдоћу легуре у чврстом раствору. Овај феномен јачања метала растварањем одређеног раствореног елемента да би се формирао чврсти раствор назива се јачање чврстог раствора. Када је концентрација атома растворене супстанце одговарајућа, чврстоћа и тврдоћа материјала могу се повећати, али се његова жилавост и пластичност смањују.

3. Фактори утицаја

Што је већи атомски удео растворених атома, то је већи ефекат јачања, посебно када је атомски удео веома низак, ефекат јачања је значајнији.

Што је већа разлика између атома растворене супстанце и атомске величине основног метала, то је већи ефекат ојачавања.

Интерстицијални атоми растворене супстанце имају већи ефекат јачања чврстог раствора него атоми замене, а пошто је дисторзија решетке интерстицијалних атома у кубним кристалима центрираним по површини асиметрична, њихов ефекат јачања је већи него код кубних кристала центрираних по површини; али растворљивост међу интерстицијалних атома у чврстом раствору је веома ограничена, тако да је стварни ефекат јачања такође ограничен.

Што је већа разлика у броју валентних електрона између атома растворене супстанце и основног метала, то је очигледнији ефекат јачања чврстог раствора, односно граница течења чврстог раствора расте са повећањем концентрације валентних електрона.

4. Степен ојачавања чврстог раствора углавном зависи од следећих фактора

Разлика у величини између атома матрице и атома растворене супстанце. Што је већа разлика у величини, већа је интерференција са оригиналном кристалном структуром и теже је клизање дислокација.

Количина легирајућих елемената. Што се више легирајућих елемената дода, то је ефекат ојачавања већи. Ако је превише атома превелико или премало, растворљивост ће бити прекорачена. Ово укључује још један механизам ојачавања, ојачавање дисперзном фазом.

Интерстицијски атоми растворених супстанци имају већи ефекат јачања чврстог раствора него атоми замене.

Што је већа разлика у броју валентних електрона између атома растворене супстанце и основног метала, то је значајнији ефекат јачања чврстог раствора.

5. Ефекат

Граница течења, затезна чврстоћа и тврдоћа су јаче од чистих метала;

У већини случајева, дуктилност је нижа него код чистог метала;

Проводљивост је много нижа него код чистог метала;

Отпорност на пузање, или губитак чврстоће на високим температурама, може се побољшати ојачавањем чврстим раствором.

Каљење радом

1. Дефиниција

Са повећањем степена хладне деформације, чврстоћа и тврдоћа металних материјала се повећавају, али се пластичност и жилавост смањују.

2. Увод

Феномен у којем се чврстоћа и тврдоћа металних материјала повећавају када се пластично деформишу испод температуре рекристализације, док се пластичност и жилавост смањују. Такође познато као хладно очвршћавање. Разлог је тај што када се метал пластично деформише, кристална зрна клизају и дислокације се испреплићу, што узрокује издуживање, ломљење и влакнастост кристалних зрна, а у металу се стварају заостали напони. Степен очвршћавања се обично изражава односом микротврдоће површинског слоја након обраде према оној пре обраде и дубином очврслог слоја.

3. Интерпретација из перспективе теорије дислокација

(1) До пресека долази између дислокација, а резултујући резови ометају кретање дислокација;

(2) Долази до реакције између дислокација, а настала фиксна дислокација омета кретање дислокације;

(3) Долази до пролиферације дислокација, а повећање густине дислокација додатно повећава отпор кретању дислокација.

4. Штета

Ојачавање доноси потешкоће у даљој обради металних делова. На пример, током хладног ваљања челичне плоче, она ће постајати све тежа за ваљање, па је потребно организовати међужарење током процеса обраде како би се елиминисало њено ојачавање загревањем. Други пример је учинити површину радног предмета кртом и тврдом током процеса резања, чиме се убрзава хабање алата и повећава сила резања.

5. Предности

Може побољшати чврстоћу, тврдоћу и отпорност на хабање метала, посебно код оних чистих метала и одређених легура које се не могу побољшати термичком обрадом. На пример, хладно вучена челична жица високе чврстоће и хладно намотане опруге итд., користе хладну обраду деформације за побољшање чврстоће и границе еластичности. Други пример је употреба очвршћавања за побољшање тврдоће и отпорности на хабање резервоара, тракторских гусеница, чељусти дробилица и железничких скретница.

6. Улога у машинству

Након хладног вучења, ваљања и сачмарења (видети површинско ојачавање) и других процеса, површинска чврстоћа металних материјала, делова и компоненти може се значајно побољшати;

Након што су делови напрегнути, локални напон одређених делова често прелази границу течења материјала, што узрокује пластичну деформацију. Због очвршћавања, континуирани развој пластичне деформације је ограничен, што може побољшати безбедност делова и компоненти;

Када се метални део или компонента штанца, његова пластична деформација је праћена ојачавањем, тако да се деформација преноси на необрађени очврсли део око њега. Након таквих поновљених наизменичних дејстава, могу се добити делови хладног штанцања са равномерном деформацијом попречног пресека;

Може побољшати перформансе сечења нискоугљеничног челика и олакшати одвајање струготине. Међутим, очвршћавање такође доноси потешкоће у даљој обради металних делова. На пример, хладно вучена челична жица троши много енергије за даље вучење због очвршћавања, па чак може и да се поломи. Због тога се мора жарити да би се елиминисало очвршћавање пре вучења. Други пример је да се, како би површина радног предмета постала крта и тврда током сечења, сила сечења повећава током поновног сечења, а хабање алата се убрзава.

Ојачавање финозрних зрна

1. Дефиниција

Метода побољшања механичких својстава металних материјала рафинирањем кристалних зрна назива се ојачавање рафинирањем кристала. У индустрији се чврстоћа материјала побољшава рафинирањем кристалних зрна.

2. Принцип

Метали су обично поликристали састављени од многих кристалних зрна. Величина кристалних зрна може се изразити бројем кристалних зрна по јединици запремине. Што је већи број, то су кристална зрна финија. Експерименти показују да финозрнасти метали на собној температури имају већу чврстоћу, тврдоћу, пластичност и жилавост од крупнозрнастих метала. То је зато што фина зрна подлежу пластичној деформацији под дејством спољашње силе и могу се дисперговати у више зрна, пластична деформација је равномернија, а концентрација напона је мања; поред тога, што су зрна финија, већа је површина граница зрна и границе зрна су кривудавије. То је неповољније ширење пукотина. Стога се метода побољшања чврстоће материјала рафинирањем кристалних зрна у индустрији назива ојачавање рафинирањем зрна.

3. Ефекат

Што је величина зрна мања, то је мањи број дислокација (n) у кластеру дислокација. Према τ=nτ0, што је мања концентрација напона, то је већа чврстоћа материјала;

Закон ојачавања финозрног ојачавања је да што је више граница зрна, то су зрна финија. Према Хол-Пеикијевом односу, што је мања просечна вредност (d) зрна, то је већа граница течења материјала.

4. Метод рафинирања зрна

Повећајте степен потхлађивања;

Лечење погоршања;

Вибрација и мешање;

Код хладно деформисаних метала, кристална зрна се могу рафинисати контролом степена деформације и температуре жарења.

Арматура друге фазе

1. Дефиниција

У поређењу са једнофазним легурама, вишефазне легуре имају другу фазу поред матричне фазе. Када је друга фаза равномерно распоређена у матричној фази са фино диспергованим честицама, она ће имати значајан ефекат ојачавања. Овај ефекат ојачавања назива се ојачавање друге фазе.

2. Класификација

За кретање дислокација, друга фаза садржана у легури има следећа два стања:

(1) Ојачање недеформабилних честица (бајпас механизам).

(2) Ојачање деформабилних честица (механизам прореза).

И дисперзионо ојачавање и таложно ојачавање су посебни случајеви ојачавања друге фазе.

3. Ефекат

Главни разлог за јачање друге фазе је интеракција између њих и дислокације, што омета кретање дислокације и побољшава отпорност легуре на деформацију.

да сумирамо

Најважнији фактори који утичу на чврстоћу су састав, структура и површинско стање самог материјала; други је стање силе, као што су брзина деловања силе, метод оптерећења, једноставно истезање или поновљена сила, што ће показати различите чврстоће; Поред тога, геометрија и величина узорка и испитни медијум такође имају велики утицај, понекад чак и одлучујући. На пример, затезна чврстоћа челика ултра високе чврстоће у атмосфери водоника може експоненцијално опадати.

Постоје само два начина за ојачавање металних материјала. Један је повећање међуатомске силе везивања легуре, повећање њене теоријске чврстоће и припрема комплетног кристала без дефеката, као што су бркови. Познато је да је чврстоћа гвоздених бркова близу теоријске вредности. Може се сматрати да је то зато што у брковима нема дислокација, или само мала количина дислокација које се не могу ширити током процеса деформације. Нажалост, када је пречник бркова већи, чврстоћа нагло опада. Други приступ ојачавању је уношење великог броја кристалних дефеката у кристал, као што су дислокације, тачкасти дефекти, хетерогени атоми, границе зрна, високо дисперговане честице или нехомогености (као што је сегрегација) итд. Ови дефекти ометају кретање дислокација и такође значајно побољшавају чврстоћу метала. Чињенице су доказале да је ово најефикаснији начин за повећање чврстоће метала. Код инжењерских материјала, генерално се кроз свеобухватне ефекте ојачавања постижу боље свеобухватне перформансе.