Styrking av fast løsning

1. Definisjon

Et fenomen der legeringselementer løses opp i basismetallet for å forårsake en viss grad av gitterforvrengning og dermed øke legeringens styrke.

2. Prinsipp

De oppløste atomene i den faste løsningen forårsaker gitterforvrengning, noe som øker motstanden mot dislokasjonsbevegelse, gjør glidning vanskelig og øker styrken og hardheten til legeringens faste løsning. Dette fenomenet med å styrke metallet ved å løse opp et bestemt oppløst element for å danne en fast løsning kalles fast løsningsforsterkning. Når konsentrasjonen av oppløste atomer er passende, kan materialets styrke og hardhet økes, men seigheten og plastisiteten reduseres.

3. Påvirkende faktorer

Jo høyere atomfraksjonen av oppløste atomer er, desto større er forsterkende effekt, spesielt når atomfraksjonen er veldig lav, er forsterkende effekt mer betydelig.

Jo større forskjellen mellom de oppløste atomene og atomstørrelsen til basismetallet er, desto større er den forsterkende effekten.

Interstitielle løste atomer har en større forsterkende effekt på fast løsning enn erstatningsatomer, og fordi gitterforvrengningen til interstitielle atomer i kroppssentrerte kubiske krystaller er asymmetrisk, er deres forsterkende effekt større enn for flatesentrerte kubiske krystaller; men interstitielle atomer Den faste løseligheten er svært begrenset, så den faktiske forsterkende effekten er også begrenset.

Jo større forskjellen er i antall valenselektroner mellom de oppløste atomene og basismetallet, desto tydeligere er den forsterkende effekten av den faste løsningen, det vil si at flytegrensen til den faste løsningen øker med økningen av valenselektronkonsentrasjonen.

4. Graden av fast løsningsforsterkning avhenger hovedsakelig av følgende faktorer

Størrelsesforskjellen mellom matriksatomer og løste atomer. Jo større størrelsesforskjellen er, desto større er interferensen med den opprinnelige krystallstrukturen, og desto vanskeligere er det for dislokasjonsglidning.

Mengden legeringselementer. Jo flere legeringselementer som tilsettes, desto større blir forsterkende effekten. Hvis for mange atomer er for store eller for små, vil løseligheten overskrides. Dette involverer en annen forsterkende mekanisme, dispergert faseforsterkning.

Interstitielle oppløste atomer har en større forsterkende effekt i fast løsning enn erstatningsatomer.

Jo større forskjellen er i antall valenselektroner mellom de oppløste atomene og basismetallet, desto mer betydelig er den forsterkende effekten av den faste løsningen.

5. Effekt

Flytegrense, strekkfasthet og hardhet er sterkere enn rene metaller;

I de fleste tilfeller er duktiliteten lavere enn for rent metall;

Ledningsevnen er mye lavere enn for rent metall;

Krypemotstand, eller styrketap ved høye temperaturer, kan forbedres ved forsterkning i fast løsning.

Arbeidsherding

1. Definisjon

Etter hvert som graden av kalddeformasjon øker, øker styrken og hardheten til metallmaterialer, men plastisiteten og seigheten avtar.

2. Innledning

Et fenomen der styrken og hardheten til metallmaterialer øker når de deformeres plastisk under omkrystalliseringstemperaturen, mens plastisiteten og seigheten avtar. Også kjent som kaldherding. Årsaken er at når metallet deformeres plastisk, glir krystallkornene og forskyvninger vikles inn, noe som fører til at krystallkornene forlenges, brekker og fibrer, og det genereres restspenninger i metallet. Graden av herding uttrykkes vanligvis ved forholdet mellom mikrohardheten til overflatelaget etter bearbeiding og før bearbeiding, og dybden på det herdede laget.

3. Tolkning fra dislokasjonsteoriens perspektiv

(1) Det oppstår et skjæringspunkt mellom dislokasjonene, og de resulterende kuttene hindrer dislokasjonenes bevegelse;

(2) Det oppstår en reaksjon mellom dislokasjonene, og den dannede, fikserte dislokasjonen hindrer dislokasjonens bevegelse;

(3) Det oppstår spredning av dislokasjoner, og økningen i dislokasjonstetthet øker ytterligere motstanden mot dislokasjonsbevegelse.

4. Skade

Arbeidsherding medfører vanskeligheter for videre bearbeiding av metalldeler. For eksempel, i kaldvalsingsprosessen vil stålplaten bli hardere og hardere å valse, så det er nødvendig å arrangere mellomgløding under bearbeidingsprosessen for å eliminere arbeidsherding ved oppvarming. Et annet eksempel er å gjøre overflaten på arbeidsstykket sprø og hard i skjæreprosessen, og dermed akselerere verktøyslitasje og øke skjærekraften.

5. Fordeler

Det kan forbedre styrken, hardheten og slitestyrken til metaller, spesielt for de rene metallene og visse legeringer som ikke kan forbedres ved varmebehandling. For eksempel bruker kaldtrukket høyfast ståltråd og kaldspiralfjærer, etc., kaldbearbeidingsdeformasjon for å forbedre styrken og elastisitetsgrensen. Et annet eksempel er bruk av arbeidsherding for å forbedre hardheten og slitestyrken til stridsvogner, traktorbaner, knuserkjever og sporveksler.

6. Rolle innen maskinteknikk

Etter kaldtrekking, valsing og kuleblåsing (se overflateforsterkning) og andre prosesser, kan overflatestyrken til metallmaterialer, deler og komponenter forbedres betydelig;

Etter at delene er belastet, overstiger den lokale spenningen i visse deler ofte materialets flytegrense, noe som forårsaker plastisk deformasjon. På grunn av arbeidsherding begrenses den fortsatte utviklingen av plastisk deformasjon, noe som kan forbedre sikkerheten til deler og komponenter;

Når en metalldel eller -komponent stemples, ledsages den plastiske deformasjonen av forsterkning, slik at deformasjonen overføres til den ubearbeidede herdede delen rundt den. Etter slike gjentatte alternerende handlinger kan man oppnå kaldstemplingsdeler med jevn tverrsnittsdeformasjon;

Det kan forbedre skjæreytelsen til lavkarbonstål og gjøre sponene enkle å separere. Men arbeidsherding medfører også vanskeligheter for videre bearbeiding av metalldeler. For eksempel bruker kaldtrukket ståltråd mye energi til videre trekking på grunn av arbeidsherding, og kan til og med brekke. Derfor må den glødes for å eliminere arbeidsherding før trekking. Et annet eksempel er at for å gjøre overflaten på arbeidsstykket sprø og hard under skjæring, økes skjærekraften under etterskjæring, og verktøyslitasjen akselereres.

Finkornsforsterkning

1. Definisjon

Metoden for å forbedre de mekaniske egenskapene til metallmaterialer ved å raffinere krystallkornene kalles krystallforfining. I industrien forbedres materialets styrke ved å raffinere krystallkornene.

2. Prinsipp

Metaller er vanligvis polykrystaller som består av mange krystallkorn. Størrelsen på krystallkornene kan uttrykkes ved antall krystallkorn per volumenhet. Jo flere, desto finere er krystallkornene. Eksperimenter viser at finkornede metaller ved romtemperatur har høyere styrke, hardhet, plastisitet og seighet enn grovkornede metaller. Dette skyldes at de fine kornene gjennomgår plastisk deformasjon under ytre kraft og kan dispergeres i flere korn, den plastiske deformasjonen er mer jevn, og spenningskonsentrasjonen er mindre. I tillegg, jo finere kornene er, desto større er korngrensearealet og desto mer buede korngrenser. Desto mer ugunstig er spredingen av sprekker. Derfor kalles metoden for å forbedre materialets styrke ved å raffinere krystallkornene kornforfiningsforsterkning i industrien.

3. Effekt

Jo mindre kornstørrelse, desto mindre antall dislokasjoner (n) i dislokasjonsklyngen. I følge τ=nτ0, jo mindre spenningskonsentrasjon, desto høyere materialets styrke;

Forsterkningloven for finkornsforsterkning er at jo flere korngrenser, desto finere er kornene. I følge Hall-Peiqi-forholdet er flytegrensen til materialet høyere jo mindre gjennomsnittsverdien (d) for kornene er.

4. Metoden for kornforedling

Øk graden av underkjøling;

Behandling av forverring;

Vibrasjon og omrøring;

For kalddeformerte metaller kan krystallkornene raffineres ved å kontrollere deformasjonsgraden og glødetemperaturen.

Andre fase forsterkning

1. Definisjon

Sammenlignet med enfaselegeringer har flerfaselegeringer en andre fase i tillegg til matriksfasen. Når den andre fasen er jevnt fordelt i matriksfasen med fint dispergerte partikler, vil den ha en betydelig forsterkende effekt. Denne forsterkende effekten kalles andrefaseforsterkning.

2. Klassifisering

For bevegelse av dislokasjoner har den andre fasen i legeringen følgende to situasjoner:

(1) Forsterkning av ikke-deformerbare partikler (bypass-mekanisme).

(2) Forsterkning av deformerbare partikler (gjennomskjæringsmekanisme).

Både dispersjonsforsterkning og nedbørsforsterkning er spesialtilfeller av andrefaseforsterkning.

3. Effekt

Hovedårsaken til styrkingen av den andre fasen er samspillet mellom dem og dislokasjonen, som hindrer dislokasjonens bevegelse og forbedrer legeringens deformasjonsmotstand.

å oppsummere

De viktigste faktorene som påvirker styrken er selve materialets sammensetning, struktur og overflatetilstand; den andre er krafttilstanden, slik som krafthastighet, belastningsmetoden, enkel strekking eller gjentatt kraft, vil vise ulik styrke; I tillegg har geometrien og størrelsen på prøven og testmediet også stor innflytelse, noen ganger til og med avgjørende. For eksempel kan strekkfastheten til ultrahøyfast stål i en hydrogenatmosfære synke eksponentielt.

Det finnes bare to måter å styrke metallmaterialer på. Den ene er å øke legeringens interatomiske bindingskraft, øke den teoretiske styrken og fremstille en komplett krystall uten defekter, som for eksempel hårstrå. Det er kjent at styrken til jernhårstrå er nær den teoretiske verdien. Det kan antas at dette skyldes at det ikke er noen forskyvninger i hårstråene, eller bare en liten mengde forskyvninger som ikke kan spre seg under deformasjonsprosessen. Dessverre, når diameteren på hårstrået er større, faller styrken kraftig. En annen forsterkende tilnærming er å introdusere et stort antall krystalldefekter i krystallen, som forskyvninger, punktdefekter, heterogene atomer, korngrenser, sterkt spredte partikler eller inhomogeniteter (som segregering), osv. Disse defektene hindrer bevegelsen av forskyvninger og forbedrer også metallets styrke betydelig. Fakta har vist at dette er den mest effektive måten å øke styrken til metaller på. For ingeniørmaterialer er det generelt gjennom omfattende forsterkende effekter for å oppnå bedre helhetlig ytelse.