Pevné zpevnění roztoku

1. Definice

Jev, při kterém jsou legující prvky rozpuštěny v základním kovu, aby způsobily určitý stupeň deformace mřížky a tím zvýšily pevnost slitiny.

2. Princip

Atomy rozpuštěné látky rozpuštěné v tuhém roztoku způsobují deformaci mřížky, která zvyšuje odpor pohybu dislokace, ztěžuje prokluzování a zvyšuje pevnost a tvrdost tuhého roztoku slitiny. Tento jev zpevňování kovu rozpuštěním určitého prvku rozpuštěné látky za vzniku pevného roztoku se nazývá zpevnění pevného roztoku. Když je koncentrace atomů rozpuštěné látky vhodná, lze pevnost a tvrdost materiálu zvýšit, ale jeho houževnatost a plasticita se snížily.

3. Ovlivňující faktory

Čím vyšší je atomový podíl atomů rozpuštěné látky, tím větší je posilovací účinek, zvláště když je atomový podíl velmi nízký, je posilující účinek významnější.

Čím větší je rozdíl mezi atomy rozpuštěné látky a atomovou velikostí základního kovu, tím větší je posilující účinek.

Intersticiální solutové atomy mají větší posilující účinek v pevném roztoku než náhradní atomy, a protože mřížkové zkreslení intersticiálních atomů v tělesně centrovaných kubických krystalech je asymetrické, jejich zpevňující účinek je větší než u plošně centrovaných kubických krystalů; ale intersticiální atomy Rozpustnost v pevné látce je velmi omezená, takže skutečný zpevňovací účinek je také omezený.

Čím větší je rozdíl v počtu valenčních elektronů mezi atomy rozpuštěné látky a základním kovem, tím zjevnější je účinek zesílení pevného roztoku, to znamená, že mez kluzu pevného roztoku roste se zvyšováním koncentrace valenčních elektronů.

4. Stupeň zpevnění tuhého roztoku závisí především na následujících faktorech

Rozdíl ve velikosti mezi atomy matrice a atomy rozpuštěné látky. Čím větší je rozdíl velikosti, tím větší je interference s původní krystalovou strukturou a tím obtížnější je dislokační skluz.

Množství legujících prvků. Čím více legujících prvků je přidáno, tím větší je zpevňovací účinek. Pokud je příliš mnoho atomů příliš velkých nebo příliš malých, bude překročena rozpustnost. To zahrnuje další posilovací mechanismus, zpevňování rozptýlené fáze.

Intersticiální solutové atomy mají větší účinek na posílení pevného roztoku než náhradní atomy.

Čím větší je rozdíl v počtu valenčních elektronů mezi atomy rozpuštěné látky a základním kovem, tím významnější je zesílení pevného roztoku.

5. Účinek

Mez kluzu, pevnost v tahu a tvrdost jsou silnější než čisté kovy;

Ve většině případů je tažnost nižší než u čistého kovu;

Vodivost je mnohem nižší než u čistého kovu;

Odolnost proti tečení nebo ztrátu pevnosti při vysokých teplotách lze zlepšit zpevněním tuhým roztokem.

Otužování práce

1. Definice

S rostoucím stupněm deformace za studena se zvyšuje pevnost a tvrdost kovových materiálů, ale klesá plasticita a houževnatost.

2. Úvod

Jev, při kterém se při plastické deformaci pod teplotou rekrystalizace zvyšuje pevnost a tvrdost kovových materiálů, zatímco plasticita a houževnatost klesá. Také známé jako zpevňování za studena. Důvodem je to, že při plastické deformaci kovu krystalová zrna sklouznou a dislokace se zapletou, což způsobí, že se krystalová zrna prodlouží, lámou a rozvlákní a v kovu vznikají zbytková napětí. Stupeň mechanického zpevnění se obvykle vyjadřuje poměrem mikrotvrdosti povrchové vrstvy po zpracování k mikrotvrdosti před zpracováním a hloubkou vytvrzené vrstvy.

3. Interpretace z pohledu teorie dislokací

(1) Mezi dislokacemi dochází k průniku a výsledné řezy brání pohybu dislokací;

(2) Mezi dislokacemi dochází k reakci a vytvořená fixní dislokace brání pohybu dislokace;

(3) Dochází k proliferaci dislokací a zvýšení hustoty dislokací dále zvyšuje odolnost vůči pohybu dislokací.

4. Škodit

Pracovní kalení přináší potíže při dalším zpracování kovových dílů. Například v procesu válcování za studena bude ocelový plech stále těžší a těžší válcovat, takže je nutné během procesu zpracování zařídit mezižíhání, aby se eliminovalo jeho mechanické zpevnění ohřevem. Dalším příkladem je učinit povrch obrobku křehkým a tvrdým v procesu řezání, čímž se urychlí opotřebení nástroje a zvýší se řezná síla.

5. Výhody

Může zlepšit pevnost, tvrdost a odolnost kovů proti opotřebení, zejména u těch čistých kovů a určitých slitin, které nelze zlepšit tepelným zpracováním. Například za studena tažený vysokopevnostní ocelový drát a za studena vinutá pružina atd. využívají deformaci při práci za studena ke zlepšení své pevnosti a meze pružnosti. Dalším příkladem je použití mechanického zpevnění ke zlepšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení cisteren, pásů traktorů, čelistí drtičů a železničních výhybek.

6. Role ve strojírenství

Po tažení za studena, válcování a brokování (viz zpevnění povrchu) a dalších procesech lze výrazně zlepšit povrchovou pevnost kovových materiálů, dílů a součástí;

Po namáhání dílů místní napětí určitých dílů často překračuje mez kluzu materiálu, což způsobuje plastickou deformaci. V důsledku mechanického zpevnění je další vývoj plastické deformace omezen, což může zlepšit bezpečnost dílů a součástí;

Při lisování kovové součásti nebo součásti je její plastická deformace doprovázena zpevněním, takže deformace se přenese na neopracovanou kalenou součást kolem ní. Po těchto opakovaných střídavých činnostech lze získat díly lisované za studena s rovnoměrnou deformací průřezu;

Může zlepšit řezný výkon nízkouhlíkové oceli a usnadnit oddělení třísek. Zpevňování však přináší potíže i při dalším zpracování kovových dílů. Například ocelový drát tažený za studena spotřebovává v důsledku mechanického kalení mnoho energie na další tažení a může se dokonce zlomit. Proto musí být před tažením žíhán, aby se eliminovalo mechanické zpevňování. Dalším příkladem je, že aby byl povrch obrobku během řezání křehký a tvrdý, řezná síla se během přeřezávání zvyšuje a opotřebení nástroje se urychluje.

Jemnozrnné zpevnění

1. Definice

Metoda zlepšování mechanických vlastností kovových materiálů rafinací krystalových zrn se nazývá zpevňování krystalické rafinace. V průmyslu se pevnost materiálu zlepšuje rafinací krystalových zrn.

2. Princip

Kovy jsou obvykle polykrystaly složené z mnoha krystalových zrn. Velikost krystalových zrn lze vyjádřit počtem krystalových zrn na jednotku objemu. Čím vyšší číslo, tím jemnější krystalová zrna. Experimenty ukazují, že jemnozrnné kovy mají při pokojové teplotě vyšší pevnost, tvrdost, plasticitu a houževnatost než hrubozrnné kovy. Je to proto, že jemná zrna podléhají plastické deformaci působením vnější síly a mohou být rozptýlena ve více zrnech, plastická deformace je rovnoměrnější a koncentrace napětí je menší; navíc, čím jemnější jsou zrna, tím větší je oblast hranic zrn a tím klikatější hranice zrn. O to nepříznivější je šíření trhlin. Proto se metoda zlepšení pevnosti materiálu rafinací krystalových zrn nazývá v průmyslu zjemněním zrna.

3. Účinek

Čím menší je velikost zrna, tím menší je počet dislokací (n) ve shluku dislokací. Podle τ=nτ0 platí, že čím menší je koncentrace napětí, tím vyšší je pevnost materiálu;

Zesilující zákon jemnozrnného zpevňování je ten, že čím více hranic zrn, tím jemnější jsou zrna. Podle Hall-Peiqiho vztahu platí, že čím menší je průměrná hodnota (d) zrn, tím vyšší je mez kluzu materiálu.

4. Způsob zušlechťování zrna

Zvyšte stupeň podchlazení;

Léčba zhoršení;

Vibrace a míchání;

U kovů deformovaných za studena lze krystalová zrna zjemnit řízením stupně deformace a teploty žíhání.

Druhá fáze zesílení

1. Definice

Ve srovnání s jednofázovými slitinami mají vícefázové slitiny kromě fáze matrice ještě druhou fázi. Když je druhá fáze rovnoměrně distribuována v matricové fázi s jemnými dispergovanými částicemi, bude mít významný zpevňující účinek. Tento posilující účinek se nazývá posilování druhé fáze.

2. Klasifikace

Pro pohyb dislokací má druhá fáze obsažená ve slitině následující dvě situace:

(1) Vyztužení nedeformovatelnými částicemi (obtokový mechanismus).

(2) Vyztužení deformovatelnými částicemi (mechanismus proříznutí).

Jak disperzní zpevnění, tak precipitační zpevnění jsou speciální případy zpevňování druhé fáze.

3. Účinek

Hlavním důvodem zesílení druhé fáze je interakce mezi nimi a dislokací, která brání pohybu dislokace a zlepšuje deformační odolnost slitiny.

abych to shrnul

Nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími pevnost jsou složení, struktura a stav povrchu samotného materiálu; druhý je stav síly, jako je rychlost síly, způsob zatížení, jednoduché protažení nebo opakovaná síla, bude vykazovat různé síly; Velký vliv, někdy až rozhodující, má navíc i geometrie a velikost vzorku a zkušebního média. Například pevnost v tahu ultra-vysokopevnostní oceli ve vodíkové atmosféře může klesat exponenciálně.

Existují pouze dva způsoby, jak zpevnit kovové materiály. Jedním z nich je zvýšit meziatomovou vazebnou sílu slitiny, zvýšit její teoretickou pevnost a připravit kompletní krystal bez defektů, jako jsou whiskery. Je známo, že síla železných vousů se blíží teoretické hodnotě. Lze se domnívat, že je tomu tak proto, že ve vousech nejsou žádné dislokace, nebo pouze malé množství dislokací, které se během procesu deformace nemohou proliferovat. Bohužel, když je průměr vousu větší, síla prudce klesá. Dalším posilujícím přístupem je zavedení velkého množství krystalových defektů do krystalu, jako jsou dislokace, bodové defekty, heterogenní atomy, hranice zrn, vysoce rozptýlené částice nebo nehomogenity (jako je segregace) atd. Tyto defekty brání pohybu dislokací a také výrazně zlepšit pevnost kovu. Fakta prokázala, že je to nejúčinnější způsob, jak zvýšit pevnost kovů. U inženýrských materiálů je to obecně prostřednictvím komplexních zpevňujících účinků k dosažení lepšího komplexního výkonu.