Consolidarea soluției solide

1. Definiție

Un fenomen în care elementele de aliere sunt dizolvate în metalul de bază pentru a provoca un anumit grad de distorsiune a rețelei și astfel crește rezistența aliajului.

2. Principiu

Atomii de dizolvat dizolvați în soluția solidă provoacă deformarea rețelei, ceea ce crește rezistența la mișcarea de dislocare, îngreunează alunecarea și crește rezistența și duritatea soluției solide de aliaj. Acest fenomen de întărire a metalului prin dizolvarea unui anumit element dizolvat pentru a forma o soluție solidă se numește consolidare a soluției solide. Atunci când concentrația de atomi de dizolvat este adecvată, rezistența și duritatea materialului pot fi crescute, dar duritatea și plasticitatea acestuia au scăzut.

3. Factori de influență

Cu cât fracția atomică a atomilor de dizolvat este mai mare, cu atât este mai mare efectul de întărire, mai ales când fracția atomică este foarte scăzută, efectul de întărire este mai semnificativ.

Cu cât diferența dintre atomii de dizolvat și dimensiunea atomică a metalului de bază este mai mare, cu atât este mai mare efectul de întărire.

Atomii de soluție interstițială au un efect de întărire a soluției solide mai mare decât atomii de înlocuire și, deoarece distorsiunea rețelei atomilor interstițiali din cristalele cubice centrate pe corp este asimetrică, efectul lor de întărire este mai mare decât cel al cristalelor cubice centrate pe față; dar atomi interstițiali Solubilitatea solidă este foarte limitată, astfel încât efectul real de întărire este, de asemenea, limitat.

Cu cât diferența dintre numărul de electroni de valență dintre atomii de soluție și metalul de bază este mai mare, cu atât este mai evident efectul de întărire a soluției solide, adică limita de curgere a soluției solide crește odată cu creșterea concentrației de electroni de valență.

4. Gradul de întărire a soluției solide depinde în principal de următorii factori

Diferența de dimensiune dintre atomii matricei și atomii de dizolvat. Cu cât diferența de dimensiune este mai mare, cu atât interferența cu structura cristalină originală este mai mare și cu atât este mai dificilă alunecarea de dislocare.

Cantitatea de elemente de aliere. Cu cât sunt adăugate mai multe elemente de aliere, cu atât este mai mare efectul de întărire. Dacă prea mulți atomi sunt prea mari sau prea mici, solubilitatea va fi depășită. Aceasta implică un alt mecanism de întărire, întărirea în fază dispersată.

Atomii de soluție interstițială au un efect de întărire a soluției solide mai mare decât atomii de înlocuire.

Cu cât diferența dintre numărul de electroni de valență dintre atomii dizolvat și metalul de bază este mai mare, cu atât este mai semnificativ efectul de întărire a soluției solide.

5. Efect

Limita de curgere, rezistența la tracțiune și duritatea sunt mai puternice decât metalele pure;

În cele mai multe cazuri, ductilitatea este mai mică decât cea a metalului pur;

Conductivitatea este mult mai mică decât metalul pur;

Rezistența la fluaj sau pierderea rezistenței la temperaturi ridicate poate fi îmbunătățită prin consolidarea soluției solide.

Călirea prin muncă

1. Definiție

Pe măsură ce gradul de deformare la rece crește, rezistența și duritatea materialelor metalice cresc, dar plasticitatea și duritatea scad.

2. Introducere

Un fenomen în care rezistența și duritatea materialelor metalice cresc atunci când sunt deformate plastic sub temperatura de recristalizare, în timp ce plasticitatea și tenacitatea scad. Cunoscută și sub denumirea de călire la rece. Motivul este că atunci când metalul este deformat plastic, granulele de cristal alunecă și dislocațiile sunt încurcate, ceea ce face ca granulele de cristal să se alungească, să se rupă și să se fibreze, iar tensiunile reziduale sunt generate în metal. Gradul de întărire prin lucru este de obicei exprimat prin raportul dintre microduritatea stratului de suprafață după prelucrare și cea înainte de prelucrare și adâncimea stratului întărit.

3. Interpretare din perspectiva teoriei dislocarii

(1) Intersecția are loc între luxații, iar tăieturile rezultate împiedică mișcarea luxațiilor;

(2) Între luxații are loc o reacție, iar luxația fixă ​​formată împiedică mișcarea luxației;

(3) Are loc proliferarea luxațiilor, iar creșterea densității de dislocare crește și mai mult rezistența la mișcarea de dislocare.

4. Daune

Călirea prin muncă aduce dificultăți la prelucrarea ulterioară a pieselor metalice. De exemplu, în procesul de laminare la rece a plăcii de oțel, aceasta va deveni din ce în ce mai greu de rulat, așa că este necesar să se aranjeze recoacerea intermediară în timpul procesului de prelucrare pentru a elimina călirea prin încălzire. Un alt exemplu este de a face suprafața piesei de prelucrat fragilă și dură în procesul de tăiere, accelerând astfel uzura sculei și crescând forța de tăiere.

5. Beneficii

Poate îmbunătăți rezistența, duritatea și rezistența la uzură a metalelor, în special pentru acele metale pure și anumite aliaje care nu pot fi îmbunătățite prin tratament termic. De exemplu, sârma de oțel de înaltă rezistență trasă la rece și arcul spiralat la rece etc., utilizează deformarea de lucru la rece pentru a-și îmbunătăți rezistența și limita elastică. Un alt exemplu este utilizarea călirii prin lucru pentru a îmbunătăți duritatea și rezistența la uzură a rezervoarelor, a șenilelor de tractor, a fălcilor de concasoare și a cotelor de cale ferată.

6. Rolul în inginerie mecanică

După trefilarea la rece, laminarea și șlefuirea (vezi întărirea suprafeței) și alte procese, rezistența la suprafață a materialelor, pieselor și componentelor metalice poate fi îmbunătățită semnificativ;

După ce piesele sunt solicitate, solicitarea locală a anumitor piese depășește adesea limita de curgere a materialului, provocând deformare plastică. Datorită călirii prin lucru, dezvoltarea continuă a deformării plastice este restricționată, ceea ce poate îmbunătăți siguranța pieselor și componentelor;

Când o piesă sau o componentă metalică este ștanțată, deformarea sa plastică este însoțită de întărire, astfel încât deformarea este transferată piesei întărite neprelucrate din jurul acesteia. După astfel de acțiuni alternante repetate, se pot obține piese de ștanțare la rece cu deformare uniformă a secțiunii transversale;

Poate îmbunătăți performanța de tăiere a oțelului cu conținut scăzut de carbon și poate face așchiile ușor de separat. Dar călirea prin muncă aduce și dificultăți la prelucrarea ulterioară a pieselor metalice. De exemplu, sârma de oțel trasă la rece consumă multă energie pentru tragere ulterioară din cauza călirii prin lucru și poate fi chiar spartă. Prin urmare, trebuie recoaptă pentru a elimina întărirea prin lucru înainte de tragere. Un alt exemplu este că, pentru a face suprafața piesei de prelucrat fragilă și dură în timpul tăierii, forța de tăiere este crescută în timpul tăierii, iar uzura sculei este accelerată.

Întărirea boabelor fine

1. Definiție

Metoda de îmbunătățire a proprietăților mecanice ale materialelor metalice prin rafinarea granulelor de cristal se numește consolidare prin rafinare a cristalului. În industrie, rezistența materialului este îmbunătățită prin rafinarea granulelor de cristal.

2. Principiu

Metalele sunt de obicei policristale compuse din multe granule de cristal. Mărimea granulelor de cristal poate fi exprimată prin numărul de granule de cristal pe unitate de volum. Cu cât numărul este mai mare, cu atât boabele de cristal sunt mai fine. Experimentele arată că metalele cu granulație fină la temperatura camerei au rezistență, duritate, plasticitate și tenacitate mai mari decât metalele cu granulație grosieră. Acest lucru se datorează faptului că boabele fine suferă deformare plastică sub forța externă și pot fi dispersate în mai multe boabe, deformarea plastică este mai uniformă, iar concentrația de tensiuni este mai mică; în plus, cu cât boabele sunt mai fine, cu atât aria limită a granulelor este mai mare și limitele boabelor mai întortocheate. Cu cât propagarea fisurilor este mai nefavorabilă. Prin urmare, metoda de îmbunătățire a rezistenței materialului prin rafinarea granulelor de cristal se numește consolidarea rafinamentului cerealelor în industrie.

3. Efect

Cu cât dimensiunea granulelor este mai mică, cu atât este mai mic numărul de luxații (n) în clusterul de dislocare. Conform τ=nτ0, cu cât concentrația de tensiuni este mai mică, cu atât rezistența materialului este mai mare;

Legea de întărire a întăririi granulației fine este că, cu cât sunt mai multe granițe, cu atât boabele sunt mai fine. Conform relației Hall-Peiqi, cu cât valoarea medie (d) a boabelor este mai mică, cu atât limita de curgere a materialului este mai mare.

4. Metoda de rafinare a cerealelor

Creșteți gradul de subrăcire;

Tratament de deteriorare;

Vibrații și agitare;

Pentru metalele deformate la rece, granulele de cristal pot fi rafinate prin controlul gradului de deformare și al temperaturii de recoacere.

A doua fază de armare

1. Definiție

În comparație cu aliajele monofazate, aliajele multifazice au o a doua fază în plus față de faza matricei. Când a doua fază este distribuită uniform în faza matricei cu particule fine dispersate, va avea un efect de întărire semnificativ. Acest efect de întărire se numește a doua fază de întărire.

2. Clasificare

Pentru deplasarea luxațiilor, a doua fază conținută în aliaj are următoarele două situații:

(1) Armarea particulelor nedeformabile (mecanism de bypass).

(2) Armarea particulelor deformabile (mecanism de trecere).

Atât consolidarea dispersiei, cât și întărirea precipitațiilor sunt cazuri speciale de întărire în a doua fază.

3. Efect

Motivul principal pentru întărirea celei de-a doua faze este interacțiunea dintre ele și dislocare, care împiedică mișcarea dislocației și îmbunătățește rezistența la deformare a aliajului.

în concluzie

Cei mai importanți factori care afectează rezistența sunt compoziția, structura și starea de suprafață a materialului în sine; a doua este starea de forță, cum ar fi viteza forței, metoda de încărcare, întinderea simplă sau forța repetată, va prezenta diferite forțe; În plus, geometria și dimensiunea probei și a mediului de testare au și ele o mare influență, uneori chiar decisivă. De exemplu, rezistența la tracțiune a oțelului cu rezistență ultra-înaltă într-o atmosferă de hidrogen poate scădea exponențial.

Există doar două moduri de a întări materialele metalice. Una este de a crește forța de legare interatomică a aliajului, de a crește rezistența teoretică a acestuia și de a pregăti un cristal complet fără defecte, cum ar fi mustații. Se știe că puterea mustaților de fier este aproape de valoarea teoretică. Se poate considera că acest lucru se datorează faptului că nu există luxații în mustăți, sau doar o cantitate mică de luxații care nu pot prolifera în timpul procesului de deformare. Din păcate, atunci când diametrul mustații este mai mare, puterea scade brusc. O altă abordare de întărire este introducerea unui număr mare de defecte de cristal în cristal, cum ar fi dislocări, defecte punctiforme, atomi eterogene, granițe de granule, particule foarte dispersate sau neomogenități (cum ar fi segregarea), etc. Aceste defecte împiedică mișcarea dislocațiilor și de asemenea, îmbunătățește semnificativ rezistența metalului. Faptele au dovedit că acesta este cel mai eficient mod de a crește rezistența metalelor. Pentru materialele de inginerie, este, în general, prin efecte de întărire cuprinzătoare pentru a obține o performanță mai bună cuprinzătoare.