Solid løsning som styrker

1. Definisjon

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

2. Prinsipp

De oppløste atomene som er oppløst i den faste løsningen forårsaker gitterforvrengning, som øker motstanden til dislokasjonsbevegelser, gjør det vanskelig å skli, og øker styrken og hardheten til den faste legeringsløsningen. Dette fenomenet med å styrke metallet ved å løse opp et bestemt oppløst stoff for å danne en fast løsning kalles forsterkning av fast løsning. Når konsentrasjonen av oppløste atomer er passende, kan styrken og hardheten til materialet økes, men dets seighet og plastisitet har redusert.

3. Påvirkningsfaktorer

Jo høyere atomfraksjonen av oppløste atomer er, desto større er styrkingseffekten, spesielt når atomfraksjonen er veldig lav, er styrkingseffekten mer signifikant.

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

Interstitielle oppløste atomer har en større solid løsningsstyrkende effekt enn erstatningsatomer, og fordi gitterforvrengningen av interstitielle atomer i kroppssentrerte kubiske krystaller er asymmetrisk, er deres styrkende effekt større enn for ansiktssentrerte kubiske krystaller; men interstitielle atomer Den faste løseligheten er svært begrenset, så den faktiske styrkende effekten er også begrenset.

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

4. Graden av solid løsningsstyrking avhenger hovedsakelig av følgende faktorer

Forskjellen i størrelse mellom matriseatomer og oppløste atomer. Jo større størrelsesforskjellen er, desto større er interferensen med den opprinnelige krystallstrukturen, og jo vanskeligere er det for dislokasjonsglidning.

Mengden av legeringselementer. Jo flere legeringselementer som tilsettes, desto større styrkende effekt. Hvis for mange atomer er for store eller for små, vil løseligheten overskrides. Dette innebærer en annen forsterkende mekanisme, den spredte faseforsterkning.

Interstitielle oppløste atomer har en større solid løsningsstyrkende effekt enn erstatningsatomer.

Jo større forskjellen er i antall valenselektroner mellom de oppløste atomene og basismetallet, desto mer signifikant er den faste løsningens styrkende effekt.

5. Effekt

Flytestyrke, strekkfasthet og hardhet er sterkere enn rene metaller;

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

Konduktiviteten er mye lavere enn rent metall;

Krypemotstand, eller styrketap ved høye temperaturer, kan forbedres ved solid løsningsforsterkning.

Arbeidsherding

1. Definisjon

Når graden av kalddeformasjon øker, øker styrken og hardheten til metallmaterialer, men plastisiteten og seigheten reduseres.

2. Introduksjon

Et fenomen hvor styrken og hardheten til metallmaterialer øker når de deformeres plastisk under rekrystalliseringstemperaturen, mens plastisiteten og seigheten avtar. Også kjent som kaldarbeidsherding. Årsaken er at når metallet deformeres plastisk, sklir krystallkornene og dislokasjoner blir viklet inn, noe som fører til at krystallkornene forlenges, brytes og fibreres, og restspenninger genereres i metallet. Graden av arbeidsherding uttrykkes vanligvis ved forholdet mellom mikrohardheten til overflatelaget etter bearbeiding og før bearbeiding og dybden til det herdede laget.

3. Tolkning fra dislokasjonsteoriens perspektiv

(1) Skjæring oppstår mellom dislokasjoner, og de resulterende kuttene hindrer bevegelsen av dislokasjonene;

(2) En reaksjon oppstår mellom dislokasjoner, og den dannede faste dislokasjonen hindrer bevegelsen av dislokasjonen;

(3) Spredning av dislokasjoner skjer, og økningen i dislokasjonstetthet øker ytterligere motstanden mot dislokasjonsbevegelse.

4. Skade

Arbeidsherding bringer vanskeligheter med videre bearbeiding av metalldeler. For eksempel, i prosessen med å kaldvalse stålplaten, vil den bli vanskeligere og vanskeligere å rulle, så det er nødvendig å arrangere mellomgløding under prosessprosessen for å eliminere arbeidsherdingen ved oppvarming. Et annet eksempel er å gjøre overflaten til 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 kaldkveilet fjær, etc., kaldarbeidsdeformasjon for å forbedre styrke og elastisitetsgrense. Et annet eksempel er bruken av arbeidsherding for å forbedre hardheten og slitestyrken til tanker, traktorbelter, pukkkjever og jernbanespor.

6. Rolle i maskinteknikk

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

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

Når en metalldel eller komponent stemples, blir dens plastiske deformasjon ledsaget av forsterkning, slik at deformasjonen overføres til den ubearbeidede herdede delen rundt den. Etter slike gjentatte vekslende handlinger kan det oppnås kalde stansedeler med jevn tverrsnittsdeformasjon;

Det kan forbedre kutteytelsen til lavkarbonstål og gjøre sponene enkle å skille. Men arbeidsherding fører også til 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 bli ødelagt. Derfor må den glødes for å eliminere arbeidsherding før tegning. Et annet eksempel er at for å gjøre overflaten til arbeidsstykket sprø og hard under skjæring, økes skjærekraften under ny skjæring, og verktøyslitasjen akselereres.

Finkornforsterkning

1. Definisjon

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

2. Prinsipp

Metaller er vanligvis polykrystaller som består av mange krystallkorn. Størrelsen på krystallkornene kan uttrykkes ved antall krystallkorn per volumenhet. Jo flere tall, jo finere krystallkorn. Forsøk viser at finkornede metaller ved romtemperatur har høyere styrke, hardhet, plastisitet og seighet enn grovkornede metaller. Dette er fordi de fine kornene gjennomgår plastisk deformasjon under ytre kraft og kan spres i flere korn, den plastiske deformasjonen er mer jevn, og spenningskonsentrasjonen er mindre; i tillegg, jo finere korn, jo større korngrenseareal og mer kronglete korngrenser. Jo mer ugunstig spredning av sprekker. Derfor kalles metoden for å forbedre materialets styrke ved å foredle krystallkornene for kornforfiningsforsterkning i industrien.

3. Effekt

Jo mindre kornstørrelse, jo mindre antall dislokasjoner (n) i dislokasjonsklyngen. I henhold til τ=nτ0, jo mindre spenningskonsentrasjonen er, desto høyere er materialets styrke;

Den styrkende loven for finkornforsterkning er at jo flere korngrenser, jo finere korn. I henhold til Hall-Peiqi-forholdet, jo mindre gjennomsnittsverdien (d) av kornene er, desto høyere er flytestyrken til materialet.

4. Metoden for kornforedling

Øk graden av underkjøling;

Forverring behandling;

vibrasjon og omrøring;

For kalddeformerte metaller kan krystallkornene foredles ved å kontrollere graden av deformasjon og glødetemperatur.

Andre fase forsterkning

1. Definisjon

Sammenlignet med enfaselegeringer har flerfaselegeringer en andre fase i tillegg til matrisefasen. Når den andre fasen er jevnt fordelt i matriksfasen med fine dispergerte partikler, vil den ha en betydelig styrkende effekt. Denne styrkende effekten kalles den andre fasens styrking.

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 spredningsforsterkning og nedbørsstyrking er spesielle tilfeller av andrefaseforsterkning.

3. Effekt

Hovedårsaken til styrkingen av den andre fasen er samspillet mellom dem og dislokasjonen, som hindrer bevegelsen av dislokasjonen og forbedrer deformasjonsmotstanden til legeringen.

for å oppsummere

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

Det er bare to måter å styrke metallmaterialer på. Den ene er å øke den interatomiske bindingskraften til legeringen, øke dens teoretiske styrke og forberede en komplett krystall uten defekter, for eksempel værhår. Det er kjent at styrken til værhår i jern er nær den teoretiske verdien. Det kan vurderes at dette er fordi det ikke er noen dislokasjoner i værhårene, eller bare en liten mengde dislokasjoner som ikke kan spre seg under deformasjonsprosessen. Dessverre, når diameteren på værhåren er større, synker styrken kraftig. En annen styrkende tilnærming er å introdusere et stort antall krystalldefekter i krystallen, slik som dislokasjoner, punktdefekter, heterogene atomer, korngrenser, svært spredte partikler eller inhomogeniteter (som segregering), etc. Disse defektene hindrer bevegelse av dislokasjoner og forbedrer også metallets styrke betydelig. Fakta har bevist at dette er den mest effektive måten å øke styrken til metaller på. For ingeniørmaterialer er det vanligvis gjennom omfattende styrkende effekter for å oppnå bedre omfattende ytelse.