Krepitev trdne raztopine

1. Opredelitev

Pojav, pri katerem so zlitinski elementi raztopljeni v osnovni kovini, da povzročijo določeno stopnjo popačenja mreže in tako povečajo trdnost zlitine.

2. Načelo

Atomi topljenca, raztopljeni v trdni raztopini, povzročijo popačenje mreže, kar poveča upor gibanja dislokacij, oteži drsenje in poveča trdnost in trdoto trdne raztopine zlitine. Ta pojav utrjevanja kovine z raztapljanjem določenega topljenega elementa v trdno raztopino imenujemo utrjevanje trdne raztopine. Ko je koncentracija atomov topljenca primerna, se lahko trdnost in trdota materiala povečata, njegova žilavost in plastičnost pa se zmanjšata.

3. Vplivni dejavniki

Višji kot je atomski delež atomov topljenca, večji je učinek krepitve, še posebej, če je atomski delež zelo nizek, je učinek krepitve pomembnejši.

Večja kot je razlika med atomi topljenca in atomsko velikostjo navadne kovine, večji je učinek utrjevanja.

Atomi intersticijskega topljenca imajo večji učinek krepitve trdne raztopine kot nadomestni atomi, in ker je popačenje mreže intersticijskih atomov v kubičnih kristalih s telesnim središčem asimetrično, je njihov učinek krepitve večji kot pri kubičnih kristalih s središčem na obrazu; vendar intersticijski atomi. Topnost v trdni snovi je zelo omejena, zato je tudi dejanski učinek krepitve omejen.

Večja kot je razlika v številu valentnih elektronov med atomi topljenca in osnovno kovino, bolj očiten je učinek krepitve trdne raztopine, to je, da se meja tečenja trdne raztopine poveča s povečanjem koncentracije valentnih elektronov.

4. Stopnja utrjevanja trdne raztopine je v glavnem odvisna od naslednjih dejavnikov

Razlika v velikosti med atomi matriksa in atomi topljenca. Večja kot je razlika v velikosti, večja je motnja v prvotni kristalni strukturi in težje je zdrs dislokacije.

Količina legirnih elementov. Več kot je dodanih legirnih elementov, večji je utrjevalni učinek. Če je preveč atomov prevelikih ali premajhnih, bo topnost presežena. To vključuje še en mehanizem krepitve, krepitev disperzne faze.

Atomi intersticijske raztopine imajo večji učinek krepitve trdne raztopine kot nadomestni atomi.

Večja kot je razlika v številu valenčnih elektronov med atomi topljenca in osnovno kovino, pomembnejši je učinek krepitve trdne raztopine.

5. Učinek

Meja tečenja, natezna trdnost in trdota so močnejše od čistih kovin;

V večini primerov je duktilnost nižja od duktilnosti čiste kovine;

Prevodnost je veliko nižja od čiste kovine;

Odpornost proti lezenju ali izgubo trdnosti pri visokih temperaturah je mogoče izboljšati s trdno raztopino.

Delovno utrjevanje

1. Opredelitev

Z večanjem stopnje hladne deformacije se povečata trdnost in trdota kovinskih materialov, zmanjšata pa se plastičnost in žilavost.

2. Uvod

Pojav, pri katerem se trdnost in trdota kovinskih materialov povečata, ko se plastično deformirajo pod temperaturo rekristalizacije, medtem ko se plastičnost in žilavost zmanjšata. Znano tudi kot hladno obdelovalno utrjevanje. Razlog je v tem, da ko je kovina plastično deformirana, kristalna zrna zdrsnejo in se dislokacije zapletejo, kar povzroči, da se kristalna zrna podaljšajo, zlomijo in postanejo vlakna, v kovini pa nastanejo preostale napetosti. Stopnjo obdelovalnega utrjevanja običajno izražamo z razmerjem mikrotrdote površinske plasti po obdelavi proti tisti pred obdelavo in globino utrjene plasti.

3. Interpretacija z vidika teorije dislokacij

(1) Med dislokacijami pride do presečišča in rezi, ki iz tega izhajajo, ovirajo gibanje dislokacij;

(2) Med dislokacijami pride do reakcije, nastala fiksna dislokacija pa ovira gibanje dislokacije;

(3) Pride do proliferacije dislokacij, povečanje gostote dislokacij pa dodatno poveča odpornost proti gibanju dislokacij.

4. Škoda

Utrjevanje povzroča težave pri nadaljnji obdelavi kovinskih delov. Na primer, v procesu hladnega valjanja bo jeklena plošča postajala vedno težje valjati, zato je treba med postopkom obdelave urediti vmesno žarjenje, da se odpravi njeno delovno utrjevanje s segrevanjem. Drug primer je, da postane površina obdelovanca v procesu rezanja krhka in trda, s čimer se pospeši obraba orodja in poveča rezalna sila.

5. Prednosti

Lahko izboljša trdnost, trdoto in odpornost proti obrabi, zlasti za tiste čiste kovine in nekatere zlitine, ki jih ni mogoče izboljšati s toplotno obdelavo. Na primer, hladno vlečena jeklena žica visoke trdnosti in hladno navita vzmet itd. uporabljajo hladno obdelavo za izboljšanje svoje trdnosti in meje elastičnosti. Drug primer je uporaba delovnega utrjevanja za izboljšanje trdote in odpornosti proti obrabi rezervoarjev, traktorskih gosenic, čeljusti drobilnikov in železniških kretnic.

6. Vloga v strojništvu

Po hladnem vlečenju, valjanju in strganju (glej površinsko utrjevanje) in drugih postopkih je mogoče površinsko trdnost kovinskih materialov, delov in komponent znatno izboljšati;

Ko so deli obremenjeni, lokalna napetost določenih delov pogosto preseže mejo tečenja materiala, kar povzroči plastično deformacijo. Zaradi delovnega utrjevanja je nadaljnji razvoj plastične deformacije omejen, kar lahko izboljša varnost delov in komponent;

Ko je kovinski del ali komponenta vtisnjena, njegovo plastično deformacijo spremlja ojačitev, tako da se deformacija prenese na neobdelan utrjen del okoli njega. Po takih ponavljajočih se izmeničnih dejanjih je mogoče dobiti dele za hladno žigosanje z enakomerno deformacijo prečnega prereza;

Lahko izboljša rezalno zmogljivost nizkoogljičnega jekla in olajša ločevanje ostružkov. Toda utrjevanje povzroča tudi težave pri nadaljnji obdelavi kovinskih delov. Na primer, hladno vlečena jeklena žica zaradi kaljenja porabi veliko energije za nadaljnje vlečenje in se lahko celo zlomi. Zato ga je treba pred vlečenjem žariti, da se odpravi utrjevanje. Drug primer je, da se rezalna sila med ponovnim rezanjem poveča, da bi bila površina obdelovanca med rezanjem krhka in trda, obraba orodja pa se pospeši.

Ojačitev finih zrn

1. Opredelitev

Metoda izboljšanja mehanskih lastnosti kovinskih materialov z rafiniranjem kristalnih zrn se imenuje krepitev s kristalnim rafiniranjem. V industriji se trdnost materiala izboljša z rafiniranjem kristalnih zrn.

2. Načelo

Kovine so običajno polikristali, sestavljeni iz številnih kristalnih zrn. Velikost kristalnih zrn lahko izrazimo s številom kristalnih zrn na prostorninsko enoto. Večje kot je število, drobnejša so kristalna zrna. Poskusi kažejo, da imajo drobnozrnate kovine pri sobni temperaturi večjo trdnost, trdoto, plastičnost in žilavost kot grobozrnate kovine. To je zato, ker so drobna zrna podvržena plastični deformaciji pod zunanjo silo in se lahko razpršijo v več zrn, plastična deformacija je bolj enakomerna in koncentracija napetosti manjša; poleg tega, bolj drobna kot so zrna, večja je mejna površina zrn in bolj zavite so meje zrn. Bolj neugodno je širjenje razpok. Zato se metoda izboljšanja trdnosti materiala z rafiniranjem kristalnih zrn v industriji imenuje krepitev z rafiniranjem zrn.

3. Učinek

Manjša kot je velikost zrn, manjše je število dislokacij (n) v dislokacijskem grozdu. Glede na τ=nτ0, manjša kot je koncentracija napetosti, večja je trdnost materiala;

Zakon utrjevanja drobnozrnatega utrjevanja je, da več kot je meja zrn, bolj drobna so zrna. Glede na razmerje Hall-Peiqi, manjša kot je povprečna vrednost (d) zrn, večja je meja tečenja materiala.

4. Metoda prečiščevanja zrn

Povečajte stopnjo podhladitve;

Zdravljenje poslabšanja;

Vibriranje in mešanje;

Pri hladno deformiranih kovinah je mogoče kristalna zrna prečistiti z nadzorom stopnje deformacije in temperature žarjenja.

Druga faza ojačitve

1. Opredelitev

V primerjavi z enofaznimi zlitinami imajo večfazne zlitine poleg matrične faze še drugo fazo. Ko je druga faza enakomerno porazdeljena v matrični fazi s fino razpršenimi delci, bo imela pomemben učinek krepitve. Ta učinek krepitve se imenuje krepitev druge faze.

2. Razvrstitev

Za gibanje dislokacij ima druga faza, ki jo vsebuje zlitina, naslednji dve situaciji:

(1) Ojačitev nedeformabilnih delcev (bypass mehanizem).

(2) Ojačitev deformabilnih delcev (prerezni mehanizem).

Tako disperzijsko utrjevanje kot padavinsko utrjevanje sta posebna primera utrjevanja druge faze.

3. Učinek

Glavni razlog za krepitev druge faze je interakcija med njimi in dislokacijo, ki ovira gibanje dislokacije in izboljša deformacijsko odpornost zlitine.

če povzamem

Najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na trdnost, so sestava, struktura in stanje površine samega materiala; drugo je stanje sile, kot je hitrost sile, način obremenitve, preprosto raztezanje ali ponavljajoča se sila, bo pokazala različne moči; Poleg tega ima velik vpliv, včasih celo odločilen, tudi geometrija in velikost vzorca ter testnega medija. Na primer, natezna trdnost jekla ultra visoke trdnosti v atmosferi vodika lahko eksponentno pade.

Obstajata samo dva načina za krepitev kovinskih materialov. Ena je povečati medatomsko vezno silo zlitine, povečati njeno teoretično trdnost in pripraviti popoln kristal brez napak, kot so brki. Znano je, da je trdnost železnih brkov blizu teoretične vrednosti. Lahko se šteje, da je to zato, ker v brkih ni dislokacij ali pa je le majhna količina dislokacij, ki se med procesom deformacije ne morejo razširiti. Na žalost, ko je premer brka večji, moč močno upade. Drug pristop krepitve je vnos velikega števila kristalnih napak v kristal, kot so dislokacije, točkasti defekti, heterogeni atomi, meje zrn, visoko razpršeni delci ali nehomogenosti (kot je segregacija) itd. Te napake ovirajo gibanje dislokacij in tudi bistveno izboljša trdnost kovine. Dejstva so dokazala, da je to najučinkovitejši način za povečanje trdnosti kovin. Za inženirske materiale je na splošno mogoče doseči boljšo celovito učinkovitost s celovitimi učinki krepitve.