Solid opløsning styrkelse

1. Definition

Et fænomen, hvor legeringselementer opløses i basismetallet for at forårsage en vis grad af gitterforvrængning og dermed øge legeringens styrke.

2. Princip

De opløste atomer i den faste opløsning forårsager gitterforvrængning, hvilket øger modstanden af ​​dislokationsbevægelser, gør det vanskeligt at glide og øger styrken og hårdheden af ​​den faste legeringsopløsning. Dette fænomen med at styrke metallet ved at opløse et bestemt opløst stof for at danne en fast opløsning kaldes forstærkning af fast opløsning. Når koncentrationen af ​​opløste atomer er passende, kan styrken og hårdheden af ​​materialet øges, men dets sejhed og plasticitet er faldet.

3. Påvirkningsfaktorer

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

Jo større forskellen er mellem de opløste atomer og atomstørrelsen af ​​basismetallet, desto større er styrkende virkning.

Interstitielle opløste atomer har en større solid opløsning styrkende effekt end erstatnings atomer, og fordi gitterforvrængningen af ​​interstitielle atomer i kropscentrerede kubiske krystaller er asymmetrisk, er deres styrkende effekt større end den af ​​ansigtscentrerede kubiske krystaller; men interstitielle atomer Den faste opløselighed er meget begrænset, så den faktiske styrkende effekt er også begrænset.

Jo større forskellen er i antallet af valenselektroner mellem de opløste atomer og basismetallet, jo mere tydelig er den faste opløsnings styrkende effekt, det vil sige, at flydestyrken af ​​den faste opløsning stiger med stigningen i valenselektronkoncentrationen.

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

Forskellen i størrelse mellem matrixatomer og opløste atomer. Jo større størrelsesforskellen er, jo større interferens er der med den oprindelige krystalstruktur, og jo sværere er det for dislokationsglidning.

Mængden af ​​legeringselementer. Jo flere legeringselementer, der tilsættes, jo større er styrkende virkning. Hvis for mange atomer er for store eller for små, vil opløseligheden blive overskredet. Dette involverer en anden forstærkningsmekanisme, den spredte faseforstærkning.

Interstitielle opløste atomer har en større solid opløsning styrkende effekt end erstatningsatomer.

Jo større forskellen er i antallet af valenselektroner mellem de opløste atomer og basismetallet, jo mere signifikant er den faste opløsnings styrkende effekt.

5. Effekt

Flydestyrke, trækstyrke og hårdhed er stærkere end rene metaller;

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

Ledningsevnen er meget lavere end rent metal;

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

Arbejdshærdning

1. Definition

Efterhånden som graden af ​​kold deformation øges, øges styrken og hårdheden af ​​metalmaterialer, men plasticiteten og sejheden falder.

2. Introduktion

Et fænomen, hvor metalmaterialers styrke og hårdhed øges, når de deformeres plastisk under omkrystallisationstemperaturen, mens plasticiteten og sejheden falder. Også kendt som koldarbejdshærdning. Årsagen er, at når metallet deformeres plastisk, glider krystalkornene, og forskydninger bliver viklet ind, hvilket får krystalkornene til at forlænge, ​​knække og fibrere, og der opstår restspændinger i metallet. Graden af ​​arbejdshærdning udtrykkes sædvanligvis ved forholdet mellem overfladelagets mikrohårdhed efter bearbejdning og før bearbejdning og dybden af ​​det hærdede lag.

3. Fortolkning ud fra dislokationsteoriens perspektiv

(1) Skæring sker mellem dislokationer, og de resulterende snit hindrer bevægelsen af ​​dislokationerne;

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

(3) Spredningen af ​​dislokationer forekommer, og stigningen i dislokationstæthed øger yderligere modstanden mod dislokationsbevægelser.

4. Skade

Arbejdshærdning medfører vanskeligheder ved den videre forarbejdning af metaldele. For eksempel, i processen med koldvalsning af stålpladen, vil den blive sværere og sværere at rulle, så det er nødvendigt at arrangere mellemudglødning under forarbejdningsprocessen for at eliminere dens arbejdshærdning ved opvarmning. Et andet eksempel er at gøre overfladen af ​​emnet sprød og hård i skæreprocessen og derved accelerere værktøjsslid og øge skærekraften.

5. Fordele

Det kan forbedre styrken, hårdheden og slidstyrken af ​​metaller, især for de rene metaller og visse legeringer, der ikke kan forbedres ved varmebehandling. For eksempel bruger koldttrukket højstyrkeståltråd og koldviklet fjeder osv. koldbearbejdningsdeformation for at forbedre dens styrke og elasticitetsgrænse. Et andet eksempel er brugen af ​​arbejdshærdning til at forbedre hårdheden og slidstyrken af ​​tanke, traktorbaner, knuserkæber og jernbanesporskifter.

6. Rolle i maskinteknik

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

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

Når en metaldel eller komponent er præget, ledsages dens plastiske deformation af forstærkning, således at deformationen overføres til den ubearbejdede hærdede del omkring den. Efter sådanne gentagne vekslende handlinger kan der opnås kolde stemplingsdele med ensartet tværsnitsdeformation;

Det kan forbedre skæreydelsen af ​​stål med lavt kulstofindhold og gøre spånerne nemme at adskille. Men arbejdshærdning medfører også vanskeligheder ved den videre forarbejdning af metaldele. For eksempel bruger koldttrukket ståltråd meget energi til videre trækning på grund af arbejdshærdning, og kan endda være knækket. Derfor skal den udglødes for at eliminere arbejdshærdning før tegning. Et andet eksempel er, at for at gøre overfladen af ​​emnet sprød og hård under skæring, øges skærekraften under genskæring, og værktøjsslitagen accelereres.

Finkornsstyrkelse

1. Definition

Metoden til at forbedre metalmaterialernes mekaniske egenskaber ved at raffinere krystalkornene kaldes krystalraffineringsforstærkning. I industrien forbedres materialets styrke ved at forfine krystalkornene.

2. Princip

Metaller er normalt polykrystaller sammensat af mange krystalkorn. Størrelsen af ​​krystalkornene kan udtrykkes ved antallet af krystalkorn pr. volumenenhed. Jo mere tal, jo finere krystalkorn. Forsøg 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 spredes i flere korn, den plastiske deformation er mere ensartet, og spændingskoncentrationen er mindre; desuden, jo finere kornene er, jo større korngrænseareal og jo mere snoede korngrænser. Jo mere ugunstig er spredningen af ​​revner. Derfor kaldes metoden til at forbedre materialets styrke ved at forfine krystalkornene for kornforfiningsstyrkelse i industrien.

3. Effekt

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

Den styrkende lov for finkornsstyrkelse er, at jo flere korngrænser, jo finere korn. Ifølge Hall-Peiqi-forholdet, jo mindre gennemsnitsværdien (d) af kornene er, desto højere er flydestyrken af ​​materialet.

4. Metoden til kornforfining

Øg graden af ​​underkøling;

Forringelse behandling;

Vibration og omrøring;

For kolddeformerede metaller kan krystalkornene raffineres ved at kontrollere graden af ​​deformation og udglødningstemperatur.

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 fine dispergerede partikler, vil det have en væsentlig styrkende effekt. Denne styrkende effekt kaldes anden fase forstærkning.

2. Klassifikation

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 spredningsforstærkning og nedbørsforstærkning er særlige tilfælde af anden faseforstærkning.

3. Effekt

Hovedårsagen til styrkelsen af ​​den anden fase er interaktionen mellem dem og dislokationen, som hindrer bevægelsen af ​​dislokationen og forbedrer legeringens deformationsmodstand.

for at opsummere

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

Der er kun to måder at styrke metalmaterialer på. Den ene er at øge den interatomiske bindingskraft af legeringen, øge dens teoretiske styrke og forberede en komplet krystal uden defekter, såsom whiskers. Det er kendt, at styrken af ​​jernhår er tæt på den teoretiske værdi. Det kan antages, at det skyldes, at der ikke er nogen dislokationer i knurhårene, eller kun en lille mængde dislokationer, der ikke kan formere sig under deformationsprocessen. Desværre, når diameteren af ​​knurhår er større, falder styrken kraftigt. En anden styrkende tilgang er at indføre et stort antal krystaldefekter i krystallen, såsom dislokationer, punktdefekter, heterogene atomer, korngrænser, stærkt spredte partikler eller inhomogeniteter (såsom segregation) osv. Disse defekter hindrer bevægelse af dislokationer og forbedrer også metallets styrke væsentligt. Fakta har bevist, at dette er den mest effektive måde at øge metallernes styrke på. For tekniske materialer er det generelt gennem omfattende forstærkningseffekter at opnå bedre omfattende ydeevne.