Pevné spevnenie roztoku

1. Definícia

Fenomén, pri ktorom sa legovacie prvky rozpúšťajú v základnom kove, aby spôsobili určitý stupeň deformácie mriežky a tým zvýšili pevnosť zliatiny.

2. Princíp

Atómy rozpustenej látky rozpustené v tuhom roztoku spôsobujú skreslenie mriežky, čo zvyšuje odolnosť proti pohybu dislokácie, sťažuje skĺznutie a zvyšuje pevnosť a tvrdosť tuhého roztoku zliatiny. Tento jav spevnenia kovu rozpustením určitého prvku rozpustenej látky za vzniku tuhého roztoku sa nazýva spevnenie tuhého roztoku. Keď je koncentrácia atómov rozpustenej látky vhodná, pevnosť a tvrdosť materiálu sa môže zvýšiť, ale jeho húževnatosť a plasticita sa znížili.

3. Ovplyvňujúce faktory

Čím vyššia je atómová frakcia atómov rozpustenej látky, tým väčší je posilňujúci účinok, najmä keď je atómová frakcia veľmi nízka, posilňujúci účinok je výraznejší.

Čím väčší je rozdiel medzi atómami rozpustenej látky a veľkosťou atómov základného kovu, tým väčší je posilňujúci účinok.

Atómy intersticiálnej rozpustenej látky majú väčší účinok zosilnenia tuhého roztoku ako náhradné atómy, a pretože deformácia mriežky intersticiálnych atómov v kubických kryštáloch centrovaných na telo je asymetrická, ich posilňujúci účinok je väčší ako účinok kubických kryštálov centrovaných tvárou; ale intersticiálne atómy Rozpustnosť v pevnom skupenstve je veľmi obmedzená, takže skutočný spevňovací účinok je tiež obmedzený.

Čím väčší je rozdiel v počte valenčných elektrónov medzi atómami rozpustenej látky a základným kovom, tým zreteľnejší je účinok zosilnenia tuhého roztoku, to znamená, že medza klzu pevného roztoku sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou valenčných elektrónov.

4. Stupeň spevnenia tuhého roztoku závisí hlavne od nasledujúcich faktorov

Rozdiel vo veľkosti medzi atómami matrice a atómami rozpustenej látky. Čím väčší je rozdiel vo veľkosti, tým väčšia je interferencia s pôvodnou kryštálovou štruktúrou a tým ťažšie je dislokačný sklz.

Množstvo legujúcich prvkov. Čím viac legujúcich prvkov je pridaných, tým väčší je spevňujúci účinok. Ak je príliš veľa atómov príliš veľkých alebo príliš malých, bude prekročená rozpustnosť. To zahŕňa ďalší posilňovací mechanizmus, spevnenie rozptýlenej fázy.

Atómy intersticiálnej rozpustenej látky majú väčší účinok na posilnenie pevného roztoku ako náhradné atómy.

Čím väčší je rozdiel v počte valenčných elektrónov medzi atómami rozpustenej látky a základným kovom, tým výraznejší je účinok zosilnenia tuhého roztoku.

5. Účinok

Medza klzu, pevnosť v ťahu a tvrdosť sú silnejšie ako čisté kovy;

Vo väčšine prípadov je ťažnosť nižšia ako u čistého kovu;

Vodivosť je oveľa nižšia ako čistý kov;

Odolnosť voči tečeniu alebo strata pevnosti pri vysokých teplotách sa môže zlepšiť spevnením tuhým roztokom.

Otužovanie práce

1. Definícia

So zvyšujúcim sa stupňom deformácie za studena sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť kovových materiálov, ale klesá plasticita a húževnatosť.

2. Úvod

Jav, pri ktorom sa pri plastickej deformácii pod teplotu rekryštalizácie zvyšuje pevnosť a tvrdosť kovových materiálov, pričom plasticita a húževnatosť sa znižujú. Tiež známe ako spevnenie prácou za studena. Dôvodom je, že pri plastickej deformácii kovu kryštálové zrná skĺznu a dislokácie sa zapletú, čo spôsobí predĺženie, lámanie a rozvláknenie kryštálových zŕn a v kove vznikajú zvyškové napätia. Stupeň mechanického spevnenia sa zvyčajne vyjadruje pomerom mikrotvrdosti povrchovej vrstvy po spracovaní k mikrotvrdosti pred spracovaním a hĺbkou vytvrdenej vrstvy.

3. Interpretácia z pohľadu teórie dislokácií

(1) Medzi dislokáciami dochádza k priesečníku a výsledné rezy bránia pohybu dislokácií;

(2) Medzi dislokáciami nastáva reakcia a vytvorená fixná dislokácia bráni pohybu dislokácie;

(3) Dochádza k množeniu dislokácií a zvýšenie hustoty dislokácií ďalej zvyšuje odolnosť voči pohybu dislokácií.

4. Škodiť

Pracovné kalenie prináša ťažkosti pri ďalšom spracovaní kovových dielov. Napríklad v procese valcovania za studena bude oceľový plech stále ťažší a ťažší na valcovanie, takže je potrebné počas procesu spracovania zariadiť medzižíhanie, aby sa eliminovalo jeho pracovné spevnenie zahrievaním. Ďalším príkladom je urobiť povrch obrobku krehkým a tvrdým v procese rezania, čím sa urýchli opotrebovanie nástroja a zvýši sa rezná sila.

5. Výhody

Môže zlepšiť pevnosť, tvrdosť a odolnosť kovov proti opotrebeniu, najmä tých čistých kovov a určitých zliatin, ktoré nemožno zlepšiť tepelným spracovaním. Napríklad za studena ťahaný vysokopevnostný oceľový drôt a studená vinutá pružina atď. využívajú deformáciu za studena na zlepšenie svojej pevnosti a elastického limitu. Ďalším príkladom je použitie mechanického spevnenia na zlepšenie tvrdosti a odolnosti voči opotrebovaniu cisterien, pásov traktorov, čeľustí drvičov a železničných výhybiek.

6. Úloha v strojárstve

Po ťahaní za studena, valcovaní a striekaní (pozri spevnenie povrchu) a iných procesoch možno výrazne zlepšiť povrchovú pevnosť kovových materiálov, dielov a komponentov;

Po namáhaní dielov lokálne napätie určitých dielov často prekračuje medzu klzu materiálu, čo spôsobuje plastickú deformáciu. V dôsledku mechanického vytvrdzovania je neustály vývoj plastickej deformácie obmedzený, čo môže zlepšiť bezpečnosť dielov a komponentov;

Pri lisovaní kovového dielu alebo komponentu je jeho plastická deformácia sprevádzaná spevnením, takže deformácia sa prenáša na neopracovanú spevnenú časť okolo neho. Po takýchto opakovaných striedavých činnostiach je možné získať diely na lisovanie za studena s rovnomernou deformáciou prierezu;

Môže zlepšiť rezný výkon nízkouhlíkovej ocele a uľahčiť oddeľovanie triesok. Ale opracovanie prináša ťažkosti aj pri ďalšom spracovaní kovových dielov. Napríklad oceľový drôt ťahaný za studena spotrebováva kvôli mechanickému vytvrdzovaniu veľa energie na ďalšie ťahanie a môže sa dokonca zlomiť. Preto musí byť pred ťahaním žíhaný, aby sa eliminovalo mechanické spevnenie. Ďalším príkladom je, že na to, aby sa povrch obrobku stal krehkým a tvrdým počas rezania, rezná sila sa počas opätovného rezania zvyšuje a opotrebenie nástroja sa urýchľuje.

Jemné spevnenie zrna

1. Definícia

Spôsob zlepšenia mechanických vlastností kovových materiálov rafináciou kryštálových zŕn sa nazýva spevnenie kryštálovej rafinácie. V priemysle sa pevnosť materiálu zlepšuje rafináciou kryštálových zŕn.

2. Princíp

Kovy sú zvyčajne polykryštály zložené z mnohých kryštálových zŕn. Veľkosť kryštálových zŕn môže byť vyjadrená počtom kryštálových zŕn na jednotku objemu. Čím vyššie číslo, tým jemnejšie sú kryštálové zrná. Experimenty ukazujú, že jemnozrnné kovy majú pri izbovej teplote vyššiu pevnosť, tvrdosť, plasticitu a húževnatosť ako hrubozrnné kovy. Je to preto, že jemné zrná podliehajú plastickej deformácii pôsobením vonkajšej sily a môžu byť rozptýlené vo viacerých zrnách, plastická deformácia je rovnomernejšia a koncentrácia napätia je menšia; okrem toho, čím jemnejšie sú zrná, tým väčšia je oblasť hraníc zŕn a kľukatejšie hranice zŕn. O to nepriaznivejšie je šírenie trhlín. Preto sa spôsob zlepšenia pevnosti materiálu rafináciou kryštálových zŕn v priemysle nazýva zjemňovanie zŕn.

3. Účinok

Čím menšia je veľkosť zrna, tým menší je počet dislokácií (n) v zhluku dislokácií. Podľa τ=nτ0, čím menšia je koncentrácia napätia, tým vyššia je pevnosť materiálu;

Posilňujúci zákon jemnozrnného spevnenia je, že čím viac hraníc zŕn, tým jemnejšie zrná. Podľa Hall-Peiqiho vzťahu platí, že čím menšia je priemerná hodnota (d) zŕn, tým vyššia je medza klzu materiálu.

4. Spôsob zušľachťovania zrna

Zvýšte stupeň podchladenia;

Liečba zhoršenia;

Vibrácia a miešanie;

Pre kovy deformované za studena možno kryštálové zrná zjemniť riadením stupňa deformácie a teploty žíhania.

Vystuženie druhej fázy

1. Definícia

V porovnaní s jednofázovými zliatinami majú viacfázové zliatiny okrem fázy matrice aj druhú fázu. Keď je druhá fáza rovnomerne rozložená vo fáze matrice s jemnými dispergovanými časticami, bude mať výrazný posilňujúci účinok. Tento posilňujúci účinok sa nazýva posilňovanie druhej fázy.

2. Klasifikácia

Pre pohyb dislokácií má druhá fáza obsiahnutá v zliatine tieto dve situácie:

(1) Vystuženie nedeformovateľnými časticami (obtokový mechanizmus).

(2) Vystuženie deformovateľných častíc (mechanizmus prerezania).

Disperzné spevnenie aj precipitačné spevnenie sú špeciálnymi prípadmi spevnenia druhej fázy.

3. Účinok

Hlavným dôvodom spevnenia druhej fázy je interakcia medzi nimi a dislokáciou, ktorá bráni pohybu dislokácie a zlepšuje deformačnú odolnosť zliatiny.

aby som to zhrnul

Najdôležitejšími faktormi ovplyvňujúcimi pevnosť sú zloženie, štruktúra a stav povrchu samotného materiálu; druhý je stav sily, ako je rýchlosť sily, spôsob zaťaženia, jednoduché naťahovanie alebo opakovaná sila, bude vykazovať rôzne sily; Okrem toho má veľký vplyv, niekedy až rozhodujúci, aj geometria a veľkosť vzorky a testovacieho média. Napríklad pevnosť v ťahu ultravysokopevnej ocele vo vodíkovej atmosfére môže klesať exponenciálne.

Existujú len dva spôsoby spevnenia kovových materiálov. Jedným z nich je zvýšiť medziatómovú väzbovú silu zliatiny, zvýšiť jej teoretickú pevnosť a pripraviť kompletný kryštál bez defektov, ako sú fúzy. Je známe, že sila železných fúzov je blízka teoretickej hodnote. Dá sa uvažovať, že je to preto, že vo fúzoch nie sú žiadne dislokácie, alebo len malé množstvo dislokácií, ktoré sa nemôžu množiť počas procesu deformácie. Bohužiaľ, keď je priemer fúzy väčší, sila prudko klesá. Ďalším posilňujúcim prístupom je zavedenie veľkého množstva defektov kryštálu do kryštálu, ako sú dislokácie, bodové defekty, heterogénne atómy, hranice zŕn, vysoko disperzné častice alebo nehomogenity (ako je segregácia) atď. Tieto defekty bránia pohybu dislokácií a tiež výrazne zlepšiť pevnosť kovu. Fakty dokázali, že je to najefektívnejší spôsob zvýšenia pevnosti kovov. V prípade inžinierskych materiálov je to vo všeobecnosti prostredníctvom komplexných posilňovacích účinkov na dosiahnutie lepšieho komplexného výkonu.