Зајакнување на цврстиот раствор

1. Дефиниција

Феномен во кој легирачките елементи се раствораат во основниот метал за да предизвикаат одреден степен на дисторзија на решетката и со тоа да ја зголемат цврстината на легурата.

2. Принцип

Растворените атоми на растворената супстанца растворени во цврстиот раствор предизвикуваат дисторзија на решетката, што ја зголемува отпорноста на движењето на дислокациите, го отежнува лизгањето и ја зголемува цврстината и тврдоста на легурираниот цврст раствор. Овој феномен на зајакнување на металот со растворање на одреден растворен елемент за да се формира цврст раствор се нарекува зајакнување во цврст раствор. Кога концентрацијата на атомите на растворената супстанца е соодветна, цврстината и тврдоста на материјалот може да се зголемат, но неговата цврстина и пластичност се намалуваат.

3. Влијателни фактори

Колку е поголема атомската фракција на растворените атоми, толку е поголем ефектот на зајакнување, особено кога атомската фракција е многу ниска, ефектот на зајакнување е позначаен.

Колку е поголема разликата помеѓу атомите на растворената супстанца и атомската големина на основниот метал, толку е поголем ефектот на зајакнување.

Интерстицијалните атоми на растворена супстанца имаат поголем ефект на зајакнување во цврст раствор отколку атомите на замена, и бидејќи дисторзијата на решетката на интерстицијалните атоми во кубните кристали центрирани во телото е асиметрична, нивниот ефект на зајакнување е поголем од оној на кубните кристали центрирани во лицето; но растворливоста на интерстицијалните атоми во цврстата супстанца е многу ограничена, па затоа и самиот ефект на зајакнување е ограничен.

Колку е поголема разликата во бројот на валентни електрони помеѓу атомите на растворената супстанца и основниот метал, толку е поочигледен ефектот на зајакнување на цврстиот раствор, односно границата на истегнување на цврстиот раствор се зголемува со зголемување на концентрацијата на валентни електрони.

4. Степенот на зајакнување на цврстиот раствор главно зависи од следниве фактори

Разликата во големината помеѓу атомите на матрицата и атомите на растворената супстанца. Колку е поголема разликата во големината, толку е поголема интерференцијата кон оригиналната кристална структура и толку е потешко лизгањето поради дислокација.

Количината на легирачки елементи. Колку повеќе легирачки елементи се додаваат, толку е поголем ефектот на зајакнување. Ако премногу атоми се преголеми или премали, растворливоста ќе биде надмината. Ова вклучува друг механизам за зајакнување, зајакнување на дисперзирана фаза.

Интерстицијалните атоми на растворена супстанца имаат поголем ефект на зајакнување на цврстиот раствор отколку атомите за замена.

Колку е поголема разликата во бројот на валентни електрони помеѓу атомите на растворената супстанца и основниот метал, толку е позначаен ефектот на зајакнување на цврстиот раствор.

5. Ефект

Јачината на истегнување, цврстината на истегнување и тврдоста се посилни од чистите метали;

Во повеќето случаи, еластичноста е помала од онаа на чистиот метал;

Спроводливоста е многу помала од чистиот метал;

Отпорноста на лазење, или губењето на цврстината на високи температури, може да се подобри со зајакнување во цврст раствор.

Стврднување на работното место

1. Дефиниција

Со зголемување на степенот на ладна деформација, цврстината и тврдоста на металните материјали се зголемуваат, но пластичноста и цврстината се намалуваат.

2. Вовед

Феномен во кој цврстината и тврдоста на металните материјали се зголемуваат кога тие се пластично деформирани под температурата на рекристализација, додека пластичноста и цврстината се намалуваат. Исто така познато како стврднување при ладна обработка. Причината е што кога металот е пластично деформиран, кристалните зрна се лизгаат и дислокациите се заплеткуваат, што предизвикува кристалните зрна да се издолжуваат, кршат и фиберизираат, а во металот се создаваат преостанати напрегања. Степенот на стврднување при работа обично се изразува со односот на микротврдоста на површинскиот слој по обработката кон онаа пред обработката и длабочината на стврднатиот слој.

3. Интерпретација од перспектива на теоријата на дислокации

(1) Помеѓу дислокациите се јавува пресек, а добиените засеци го попречуваат движењето на дислокациите;

(2) Помеѓу дислокациите се јавува реакција, а формираната фиксна дислокација го попречува движењето на дислокацијата;

(3) Се јавува пролиферација на дислокации, а зголемувањето на густината на дислокациите дополнително го зголемува отпорот кон движењето на дислокациите.

4. Штета

Стврднувањето при работа носи тешкотии во понатамошната обработка на металните делови. На пример, во процесот на ладно валање на челичната плоча, таа ќе станува сè потешка за валање, па затоа е потребно да се организира средно жарење за време на процесот на обработка за да се елиминира нејзиното стврднување при работа со загревање. Друг пример е површината на обработуваниот дел да се направи кршлива и тврда во процесот на сечење, со што ќе се забрза абењето на алатот и ќе се зголеми силата на сечење.

5. Придобивки

Може да ја подобри цврстината, тврдоста и отпорноста на абење на металите, особено за оние чисти метали и одредени легури кои не можат да се подобрат со термичка обработка. На пример, ладно влечената челична жица со висока цврстина и ладно намотана пружина итн., користат деформација при ладна обработка за да ја подобрат својата цврстина и граница на еластичност. Друг пример е употребата на стврднување при работа за подобрување на тврдоста и отпорноста на абење на резервоари, тракторски шини, вилици на дробилки и железнички свртувања.

6. Улога во машинското инженерство

По ладно влечење, валање и пенинг со шрафцигер (видете зајакнување на површината) и други процеси, површинската цврстина на металните материјали, делови и компоненти може значително да се подобри;

Откако деловите ќе бидат напрегнати, локалното напрегање на одредени делови често ја надминува границата на истегнување на материјалот, предизвикувајќи пластична деформација. Поради стврднувањето при работа, континуираниот развој на пластична деформација е ограничен, што може да ја подобри безбедноста на деловите и компонентите;

Кога се печати метален дел или компонента, неговата пластична деформација е придружена со зајакнување, така што деформацијата се пренесува на необработениот стврднат дел околу него. По ваквите повторени наизменични дејства, може да се добијат делови со ладно печатување со униформна деформација на попречниот пресек;

Може да ги подобри перформансите на сечење на нискојаглеродниот челик и да го олесни одвојувањето на струготините. Но, стврднувањето при работа, исто така, носи тешкотии во понатамошната обработка на металните делови. На пример, ладно влечената челична жица троши многу енергија за понатамошно влечење поради стврднувањето при работа, па дури може и да се скрши. Затоа, мора да се жари за да се елиминира стврднувањето при работа пред влечење. Друг пример е тоа што за да се направи површината на обработуваниот дел кршлива и тврда за време на сечењето, силата на сечење се зголемува за време на повторното сечење, а абењето на алатот се забрзува.

Зајакнување на фините зрна

1. Дефиниција

Методот за подобрување на механичките својства на металните материјали со рафинирање на кристалните зрна се нарекува кристално рафинирање и зајакнување. Во индустријата, цврстината на материјалот се подобрува со рафинирање на кристалните зрна.

2. Принцип

Металите се обично поликристали составени од многу кристални зрна. Големината на кристалните зрна може да се изрази со бројот на кристални зрна по единица волумен. Колку е поголем бројот, толку се пофини кристалните зрна. Експериментите покажуваат дека ситнозрнестите метали на собна температура имаат поголема цврстина, тврдост, пластичност и жилавост од грубозрнестите метали. Ова е затоа што фините зрна претрпуваат пластична деформација под дејство на надворешна сила и можат да се дисперзираат во повеќе зрна, пластичната деформација е порамномерна, а концентрацијата на стрес е помала; покрај тоа, колку се пофини зрната, толку е поголема површината на границата на зрната и поизвиткани границите на зрната. Колку е понеповолно ширењето на пукнатините. Затоа, методот за подобрување на цврстината на материјалот со рафинирање на кристалните зрна во индустријата се нарекува зајакнување со рафинирање на зрната.

3. Ефект

Колку е помала големината на зрната, толку е помал бројот на дислокации (n) во кластерот на дислокации. Според τ=nτ0, колку е помала концентрацијата на напрегање, толку е поголема цврстината на материјалот;

Законот за зајакнување на фините зрна е дека колку повеќе граници на зрната, толку се пофини зрната. Според односот Хол-Пеики, колку е помала просечната вредност (d) на зрната, толку е поголема границата на истегнување на материјалот.

4. Метод на рафинирање на зрната

Зголемете го степенот на субладување;

Третман на влошување;

Вибрации и мешање;

Кај ладно деформираните метали, кристалните зрна можат да се рафинираат со контролирање на степенот на деформација и температурата на жарење.

Втора фаза на засилување

1. Дефиниција

Во споредба со еднофазните легури, повеќефазните легури имаат втора фаза покрај матричната фаза. Кога втората фаза е рамномерно распределена во матричната фаза со фини дисперзирани честички, таа ќе има значителен ефект на зајакнување. Овој ефект на зајакнување се нарекува зајакнување во втората фаза.

2. Класификација

За движење на дислокации, втората фаза содржана во легурата ги има следните две ситуации:

(1) Зајакнување на недеформабилни честички (механизам за бајпас).

(2) Зајакнување на деформабилни честички (механизам за сечење).

И зајакнувањето со дисперзија и зајакнувањето со врнежи се посебни случаи на зајакнување во втората фаза.

3. Ефект

Главната причина за зајакнување на втората фаза е интеракцијата меѓу нив и дислокацијата, што го попречува движењето на дислокацијата и ја подобрува отпорноста на деформација на легурата.

да сумирам

Најважните фактори што влијаат на цврстината се составот, структурата и состојбата на површината на самиот материјал; вториот е состојбата на силата, како што се брзината на силата, методот на оптоварување, едноставното истегнување или повторената сила, ќе покажат различни цврстини; Покрај тоа, геометријата и големината на примерокот и тест медиумот исто така имаат големо влијание, понекогаш дури и одлучувачко. На пример, цврстината на истегнување на челик со ултра висока цврстина во водородна атмосфера може експоненцијално да опаѓа.

Постојат само два начина за зајакнување на металните материјали. Едниот е да се зголеми меѓуатомската сила на врзување на легурата, да се зголеми нејзината теоретска цврстина и да се подготви комплетен кристал без дефекти, како што се мустаќите. Познато е дека цврстината на мустаќите од железо е блиску до теоретската вредност. Може да се смета дека ова е затоа што нема дислокации во мустаќите, или само мала количина на дислокации кои не можат да се размножуваат за време на процесот на деформација. За жал, кога дијаметарот на мустаќите е поголем, цврстината нагло опаѓа. Друг пристап кон зајакнување е да се внесе голем број кристални дефекти во кристалот, како што се дислокации, точкести дефекти, хетерогени атоми, граници на зрната, високо дисперзирани честички или нехомогености (како што е сегрегацијата) итн. Овие дефекти го попречуваат движењето на дислокациите, а исто така значително ја подобруваат цврстината на металот. Фактите докажаа дека ова е најефикасниот начин за зголемување на цврстината на металите. За инженерските материјали, генерално е преку сеопфатни ефекти на зајакнување да се постигнат подобри сеопфатни перформанси.