Styrkelse af fast opløsning

1. Definition

Et fænomen, hvor legeringselementer opløses i basismetallet, hvilket forårsager en vis grad af gitterforvrængning og dermed øger legeringens styrke.

2. Princip

De opløste atomer i den faste opløsning forårsager gitterforvrængning, hvilket øger modstanden mod dislokationsbevægelse, gør glidning vanskelig og øger styrken og hårdheden af ​​legeringens faste opløsning. Dette fænomen, hvor metallet styrkes ved at opløse et bestemt opløst element for at danne en fast opløsning, kaldes fast opløsningsforstærkning. Når koncentrationen af ​​opløste atomer er passende, kan materialets styrke og hårdhed øges, men dets sejhed og plasticitet er faldet.

3. Påvirkende faktorer

Jo højere atomfraktionen af ​​opløste atomer er, desto større er den forstærkende effekt, især når atomfraktionen er meget lav, er den forstærkende effekt mere signifikant.

Jo større forskellen er mellem de opløste atomer og atomstørrelsen af ​​​​basismetallet, desto større er den forstærkende effekt.

Interstitielle opløste atomer har en større forstærkende effekt på den faste opløsning end erstatningsatomer, og fordi gitterforvrængningen af ​​interstitielle atomer i kropscentrerede kubiske krystaller er asymmetrisk, er deres forstærkende effekt større end for fladecentrerede kubiske krystaller; men interstitielle atomer har en meget begrænset opløselighed i faste stoffer, så den faktiske forstærkende effekt er også begrænset.

Jo større forskellen er i antallet af valenselektroner mellem de opløste atomer og basismetallet, desto mere tydelig er den forstærkende effekt af den faste opløsning, dvs. at flydespændingen for den faste opløsning stiger med stigende valenselektronkoncentration.

4. Graden af ​​fast opløsningsforstærkning afhænger hovedsageligt af følgende faktorer

Forskellen i størrelse mellem matrixatomer og opløste atomer. Jo større størrelsesforskellen er, desto større er interferensen med den oprindelige krystalstruktur, og desto vanskeligere er det for dislokationsglidning.

Mængden af ​​legeringselementer. Jo flere legeringselementer der tilsættes, desto større er den forstærkende effekt. Hvis for mange atomer er for store eller for små, vil opløseligheden blive overskredet. Dette involverer en anden forstærkende mekanisme, den dispergerede faseforstærkning.

Interstitielle opløste atomer har en større forstærkende effekt i fast opløsning end erstatningsatomer.

Jo større forskellen er i antallet af valenselektroner mellem de opløste atomer og basismetallet, desto mere signifikant er den forstærkende effekt af den faste opløsning.

5. Effekt

Flydespænding, trækstyrke og hårdhed er stærkere end rene metallers;

I de fleste tilfælde er duktiliteten lavere end for rent metal;

Ledningsevnen er meget lavere end rent metals;

Krybemodstand, eller styrketab ved høje temperaturer, kan forbedres ved forstærkning i fast opløsning.

Deformationshærdning

1. Definition

Efterhånden som graden af ​​kolddeformation øges, øges styrken og hårdheden af ​​metalmaterialerne, men plasticiteten og sejheden falder.

2. Introduktion

Et fænomen, hvor styrken og hårdheden af ​​metalmaterialer øges, når de deformeres plastisk under omkrystallisationstemperaturen, mens plasticiteten og sejheden falder. Også kendt som koldhærdning. Årsagen er, at når metallet deformeres plastisk, glider krystalkornene, og forskydninger vikles ind, hvilket får krystalkornene til at forlænges, knække og fibre, og der genereres restspændinger i metallet. Graden af ​​hærdning udtrykkes normalt ved forholdet mellem mikrohårdheden af ​​overfladelaget efter bearbejdning og før bearbejdning samt dybden af ​​det hærdede lag.

3. Fortolkning set fra dislokationsteoriens perspektiv

(1) Der opstår skæringspunkter mellem dislokationer, og de resulterende snit hindrer dislokationernes bevægelse;

(2) Der opstår en reaktion mellem dislokationerne, og den dannede fikserede dislokation hindrer dislokationens bevægelse;

(3) Der opstår spredning af dislokationer, og stigningen i dislokationstætheden øger yderligere modstanden mod dislokationsbevægelse.

4. Skade

Deformationshærdning medfører vanskeligheder ved videre bearbejdning af metaldele. For eksempel vil stålpladen blive hårdere og hårdere at valse under koldvalsningsprocessen, så det er nødvendigt at arrangere mellemglødning under bearbejdningsprocessen for at eliminere dens deformationshærdning ved opvarmning. Et andet eksempel er at gøre emnets overflade sprød og hård under skæreprocessen, hvorved værktøjsslid accelereres og skærekraften øges.

5. Fordele

Det kan forbedre metallers styrke, hårdhed og slidstyrke, især for de rene metaller og visse legeringer, der ikke kan forbedres ved varmebehandling. For eksempel bruger koldtrukket højstyrkeståltråd og koldspiralfjedre osv. koldbearbejdningsdeformation til at forbedre deres styrke og elasticitetsgrænse. Et andet eksempel er brugen af ​​​​deformationshærdning til at forbedre hårdheden og slidstyrken af ​​​​tanke, traktorspor, knuserkæber og jernbanespor.

6. Rolle inden for maskinteknik

Efter koldtrækning, valsning og kugleblæsning (se overfladeforstærkning) og andre processer kan overfladestyrken af ​​metalmaterialer, dele og komponenter forbedres betydeligt;

Efter at delene er blevet belastet, overstiger den lokale spænding i visse dele ofte materialets flydegrænse, hvilket forårsager plastisk deformation. På grund af deformationshærdning begrænses den fortsatte udvikling af plastisk deformation, hvilket kan forbedre sikkerheden af ​​dele og komponenter;

Når en metaldel eller -komponent præges, ledsages dens plastiske deformation af forstærkning, således at deformationen overføres til den ubearbejdede, hærdede del omkring den. Efter sådanne gentagne alternerende handlinger kan der opnås koldprægede dele med ensartet tværsnitsdeformation;

Det kan forbedre skæreevnen for lavkulstofstål og gøre spånerne nemme at adskille. Men deformationshærdning medfører også vanskeligheder ved videre bearbejdning af metaldele. For eksempel bruger koldtrukket ståltråd meget energi til yderligere trækning på grund af deformationshærdning og kan endda gå i stykker. Derfor skal den udglødes for at eliminere deformationshærdning før trækning. Et andet eksempel er, at for at gøre emnets overflade sprød og hård under skæring, øges skærekraften under genskæring, og værktøjssliddet accelereres.

Finkornet forstærkning

1. Definition

Metoden til at forbedre metalmaterialers mekaniske egenskaber ved at forfine krystalkornene kaldes krystalforfiningsforstærkning. I industrien forbedres materialets styrke ved at forfine krystalkornene.

2. Princip

Metaller er normalt polykrystaller, der er sammensat af mange krystalkorn. Krystalkornenes størrelse kan udtrykkes ved antallet af krystalkorn pr. volumenhed. Jo flere krystalkorn, desto finere er krystalkornene. Eksperimenter viser, at finkornede metaller ved stuetemperatur har højere styrke, hårdhed, plasticitet og sejhed end grovkornede metaller. Dette skyldes, at de fine korn undergår plastisk deformation under ydre kraft og kan dispergeres i flere korn, den plastiske deformation er mere ensartet, og spændingskoncentrationen er mindre; desuden gælder det, at jo finere kornene er, desto større er korngrænsearealet, og desto mere snoede korngrænser er der. Jo mere ugunstig er spredningen af ​​revner. Derfor kaldes metoden til at forbedre materialets styrke ved at forfine krystalkornene for kornforfiningsforstærkning i industrien.

3. Effekt

Jo mindre kornstørrelsen er, desto mindre er antallet af dislokationer (n) i dislokationsklyngen. Ifølge τ=nτ0 gælder det, at jo mindre spændingskoncentrationen er, desto højere er materialets styrke;

Forstærkningsloven for finkornet forstærkning er, at jo flere korngrænser, desto finere er kornene. Ifølge Hall-Peiqi-forholdet er materialets flydespænding højere, jo mindre gennemsnitsværdien (d) af kornene er.

4. Metoden til kornforfining

Øg graden af ​​underkøling;

Behandling af forringelse;

Vibration og omrøring;

For kolddeformerede metaller kan krystalkornene raffineres ved at kontrollere deformationsgraden og udglødningstemperaturen.

Anden fase forstærkning

1. Definition

Sammenlignet med enfasede legeringer har flerfasede legeringer en anden fase ud over matrixfasen. Når den anden fase er ensartet fordelt i matrixfasen med fint dispergerede partikler, vil den have en betydelig forstærkende effekt. Denne forstærkende effekt kaldes anden faseforstærkning.

2. Klassificering

For bevægelse af dislokationer har den anden fase indeholdt i legeringen følgende to situationer:

(1) Forstærkning af ikke-deformerbare partikler (bypass-mekanisme).

(2) Forstærkning af deformerbare partikler (gennemskæringsmekanisme).

Både dispersionsforstærkning og nedbørsforstærkning er særlige tilfælde af anden faseforstærkning.

3. Effekt

Hovedårsagen til styrkelsen af ​​den anden fase er interaktionen mellem dem og dislokationen, hvilket hæmmer dislokationens bevægelse og forbedrer legeringens deformationsmodstand.

at opsummere

De vigtigste faktorer, der påvirker styrken, er selve materialets sammensætning, struktur og overfladetilstand; for det andet er krafttilstanden, såsom kraftens hastighed, belastningsmetoden, simpel strækning eller gentagen kraft, vil vise forskellige styrker; Derudover har geometrien og størrelsen af ​​prøven og testmediet også en stor indflydelse, nogle gange endda afgørende. For eksempel kan trækstyrken af ​​ultrahøjstyrkestål i en hydrogenatmosfære falde eksponentielt.

Der er kun to måder at styrke metalmaterialer på. Den ene er at øge legeringens interatomare bindingskraft, øge dens teoretiske styrke og fremstille en komplet krystal uden defekter, såsom whiskers. Det er kendt, at styrken af ​​jernwhiskers er tæt på den teoretiske værdi. Det kan antages, at dette skyldes, at der ikke er nogen forskydninger i whiskers, eller kun en lille mængde forskydninger, der ikke kan sprede sig under deformationsprocessen. Desværre, når whiskers diameter er større, falder styrken kraftigt. En anden forstærkningsmetode er at introducere et stort antal krystaldefekter i krystallen, såsom forskydninger, punktdefekter, heterogene atomer, korngrænser, stærkt dispergerede partikler eller inhomogeniteter (såsom segregation) osv. Disse defekter hindrer bevægelsen af ​​forskydninger og forbedrer også metallets styrke betydeligt. Fakta har vist, at dette er den mest effektive måde at øge metallers styrke på. For ingeniørmaterialer er det generelt gennem omfattende forstærkningseffekter at opnå bedre omfattende ydeevne.