Јачање чврстог раствора

1. Дефиниција

Феномен у коме се легирајући елементи растварају у основном металу да би изазвали одређени степен изобличења решетке и на тај начин повећали чврстоћу легуре.

2. Принцип

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

3. Фактори утицаја

Што је већа атомска фракција атома растворених материја, то је већи ефекат јачања, посебно када је атомска фракција веома ниска, ефекат јачања је значајнији.

Што је већа разлика између атома раствора и величине атома основног метала, то је већи ефекат јачања.

Интерстицијски атоми растворених супстанци имају већи ефекат јачања чврстог раствора од атома замене, и пошто је изобличење решетке међупросторних атома у кубичним кристалима усредсређеним на тело асиметрично, њихов ефекат јачања је већи него код кубичних кристала усредсређених на лице; али међупросторни атоми Растворљивост чврсте супстанце 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, то јест, граница течења чврстог раствора расте са повећањем концентрације валентних електрона.

4. Степен ојачања чврстог раствора углавном зависи од следећих фактора

Разлика у величини између атома матрикса и атома растворене супстанце. Што је већа разлика у величини, то је већа интерференција у оригиналној кристалној структури и теже је клизање дислокације.

Количина легирајућих елемената. Што је више легирајућих елемената додато, то је већи ефекат јачања. Ако је превише атома превелико или премало, растворљивост ће бити прекорачена. Ово укључује још један механизам јачања, јачање у дисперзованој фази.

Интерстицијски атоми растворених материја имају већи ефекат јачања чврстог раствора од атома 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

Јачина течења, затезна чврстоћа и тврдоћа су јачи од чистих метала;

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

Проводљивост је много нижа од чистог метала;

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

Рад каљење

1. Дефиниција

Како се степен хладне деформације повећава, повећава се чврстоћа и тврдоћа металних материјала, али се пластичност и жилавост смањују.

2. Увод

Појава у којој се чврстоћа и тврдоћа металних материјала повећавају када се пластично деформишу испод температуре рекристализације, док се пластичност и жилавост смањују. Познато и као каљење на хладном раду. Разлог је тај што када се метал пластично деформише, кристална зрна клизе и дислокације се заплићу, што узрокује да се кристална зрна издужују, ломе и влакна, а у металу се стварају заостала напрезања. Степен радног очвршћавања обично се изражава односом микротврдоће површинског слоја после обраде према оној пре обраде и дубином очврслог слоја.

3. Интерпретација из перспективе теорије дислокације

(1) Између дислокација долази до укрштања, а резултујући резови ометају кретање дислокација;

(2) Реакција се јавља између дислокација, а формирана фиксна дислокација омета кретање дислокације;

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

4. Штета

Радно каљење отежава даљу обраду металних делова. На пример, у процесу хладног ваљања челична плоча ће се све теже и теже ваљати, тако да је потребно организовати средње жарење током процеса обраде како би се елиминисало њено радно очвршћавање загревањем. Други пример је да се површина радног предмета учини крхком и тврдом у процесу сечења, чиме се убрзава хабање алата и повећава сила резања.

5. Предности

Може побољшати чврстоћу, тврдоћу и отпорност на хабање метала, посебно за оне чисте метале и одређене легуре које се не могу побољшати топлотном обрадом. На пример, хладно вучена челична жица високе чврстоће и хладно намотана опруга, итд., користе деформацију хладног рада да побољшају своју чврстоћу и границу еластичности. Други пример је употреба каљења ради побољшања тврдоће и отпорности на хабање резервоара, тракторских шина, чељусти дробилице и железничких скретница.

6. Улога у машинству

Након хладног извлачења, ваљања и шута (види површинско ојачање) и других процеса, површинска чврстоћа металних материјала, делова и компоненти може се значајно побољшати;

Након напрезања делова, локални напон појединих делова често прелази границу течења материјала, изазивајући пластичну деформацију. Због радног очвршћавања, континуирани развој пластичне деформације је ограничен, што може побољшати сигурност делова и компоненти;

Када се метални део или компонента штанца, његова пластична деформација је праћена ојачањем, тако да се деформација преноси на необрађени каљени део око њега. После таквих поновљених наизменичних радњи, могу се добити делови хладног штанцања са уједначеном деформацијом попречног пресека;

Може побољшати перформансе резања челика са ниским садржајем угљеника и учинити да се чипс лако одвоји. Али радно каљење такође доноси потешкоће у даљој преради металних делова. На пример, хладно вучена челична жица троши много енергије за даље извлачење услед радног каљења, а може се чак и покварити. Због тога се мора жарити да би се елиминисало радно очвршћавање пре цртања. Други пример је да како би се површина радног предмета учинила крхком и тврдом током сечења, сила резања се повећава током поновног сечења, а хабање алата се убрзава.

Јачање финих зрна

1. Дефиниција

Метода побољшања механичких својстава металних материјала рафинирањем кристалних зрна назива се ојачавање кристалном рафинацијом. У индустрији, чврстоћа материјала се 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 број већи, то су кристална зрна финија. Експерименти показују да ситнозрни метали на собној температури имају већу чврстоћу, тврдоћу, пластичност и жилавост од крупнозрних метала. То је зато што фина зрна подлежу пластичној деформацији под спољном силом и могу се распршити у више зрна, пластична деформација је равномернија, а концентрација напона је мања; поред тога, што су зрна финија, то је већа површина границе зрна и вијугавије границе зрна. Што је ширење пукотина неповољније. Стога се метода побољшања чврстоће материјала рафинирањем кристалних зрна у индустрији назива јачањем рафинирања зрна.

3. Ефекат

Што је величина зрна мања, то је мањи број дислокација (н) у кластеру дислокација. Према τ=нτ0, што је мања концентрација напона, већа је чврстоћа материјала;

Закон ојачања финог зрна је да што је више граница зрна, то су зрна финија. Према Халл-Пеикијевом односу, што је мања просечна вредност (д) зрна, то је већа граница попуштања материјала.

4. Метода оплемењивања зрна

Повећати степен потхлађења;

Третман погоршања;

Вибрације и мешање;

За хладно деформисане метале, кристална зрна се могу рафинисати контролом степена деформације и температуре жарења.

Друга фаза ојачања

1. Дефиниција

У поређењу са једнофазним легурама, вишефазне легуре имају другу фазу поред матричне фазе. Када је друга фаза равномерно распоређена у фази матрикса са финим диспергованим честицама, имаће значајан ефекат јачања. Овај ефекат јачања назива се јачањем друге фазе.

2. Класификација

За кретање дислокација, друга фаза садржана у легури има следеће две ситуације:

(1) Ојачање недеформабилних честица (бајпас механизам).

(2) Ојачање деформабилних честица (прорезни механизам).

И дисперзивно ојачање и ојачање падавинама су посебни случајеви ојачања друге фазе.

3. Ефекат

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

да сумирамо

Најважнији фактори који утичу на чврстоћу су састав, структура и површинско стање самог материјала; друго је стање силе, као што је брзина силе, начин оптерећења, једноставно истезање или поновљена сила, показаће различите снаге; Поред тога, геометрија и величина узорка и испитног медијума такође имају велики утицај, понекад чак и одлучујући. На пример, затезна чврстоћа челика ултра високе чврстоће у атмосфери водоника може пасти експоненцијално.

Постоје само два начина за јачање 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 снага гвоздених бркова близу теоријске вредности. Може се сматрати да је то зато што у брковима нема дислокација, или је само мала количина дислокација које не могу да пролиферишу током процеса деформације. Нажалост, када је пречник бркова већи, снага нагло опада. Други приступ за јачање је увођење 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 побољшати чврстоћу метала. Чињенице су доказале да је ово најефикаснији начин за повећање чврстоће метала. За инжењерске материјале, генерално се кроз свеобухватне ефекте јачања постижу боље свеобухватне перформансе.