Cietā šķīduma stiprināšana

1. Definīcija

Parādība, kurā leģējošie elementi tiek izšķīdināti parastajā metālā, lai radītu zināmu režģa deformāciju un tādējādi palielinātu sakausējuma izturību.

2. Princips

Cietā šķīdumā izšķīdinātie izšķīdinātie atomi izraisa režģa deformāciju, kas palielina dislokācijas kustības pretestību, apgrūtina slīdēšanu un palielina sakausējuma cietā šķīduma izturību un cietību. Šo parādību, kas saistīta ar metāla stiprināšanu, izšķīdinot noteiktu izšķīdušo elementu, veidojot cietu šķīdumu, sauc par stiprināšanu cietā šķīdumā. Ja izšķīdušo vielu atomu koncentrācija ir atbilstoša, materiāla stiprību un cietību var palielināt, bet tā stingrība un plastiskums ir samazinājušās.

3. Ietekmējošie faktori

Jo augstāka ir izšķīdušo vielu atomu frakcija, jo lielāka ir stiprinošā iedarbība, jo īpaši, ja atomu frakcija ir ļoti zema, stiprinošais efekts ir nozīmīgāks.

Jo lielāka ir atšķirība starp izšķīdušās vielas atomiem un parastā metāla atomu izmēru, jo lielāka ir stiprinošā iedarbība.

Intersticiālajiem izšķīdušās vielas atomiem ir lielāka cieto šķīdumu stiprinošā iedarbība nekā aizstājējatomiem, un, tā kā uz ķermeni centrētos kubiskos kristālos intersticiālo atomu režģa deformācija ir asimetriska, to stiprinošais efekts ir lielāks nekā seju centrētiem kubiskajiem kristāliem; bet intersticiālie atomi Cietā šķīdība ir ļoti ierobežota, tāpēc arī faktiskais stiprinošais efekts ir ierobežots.

Jo lielāka ir valences elektronu skaita atšķirība starp izšķīdušās vielas atomiem un parasto metālu, jo acīmredzamāks ir cieto šķīdumu stiprinošais efekts, tas ir, cietā šķīduma tecēšanas robeža palielinās, palielinoties valences elektronu koncentrācijai.

4. Cietā šķīduma stiprināšanas pakāpe galvenokārt ir atkarīga no šādiem faktoriem

Izmēru atšķirība starp matricas atomiem un izšķīdušās vielas atomiem. Jo lielāka izmēra atšķirība, jo lielāka ir sākotnējā kristāla struktūras iejaukšanās, un jo grūtāk ir dislokācijas slīdēšana.

Leģējošu elementu daudzums. Jo vairāk leģējošo elementu pievienots, jo lielāka ir stiprinošā iedarbība. Ja pārāk daudz atomu ir pārāk lieli vai pārāk mazi, šķīdība tiks pārsniegta. Tas ietver citu stiprināšanas mehānismu, izkliedētās fāzes stiprināšanu.

Intersticiālajiem izšķīdušo vielu atomiem ir lielāka cieto šķīdumu stiprinošā iedarbība nekā aizstājējatomiem.

Jo lielāka valences elektronu skaita atšķirība starp izšķīdušās vielas atomiem un parasto metālu, jo nozīmīgāka ir cieto šķīdumu stiprinošais efekts.

5. Efekts

Ražas izturība, stiepes izturība un cietība ir stiprākas nekā tīriem metāliem;

Vairumā gadījumu elastība ir zemāka nekā tīram metālam;

Vadītspēja ir daudz zemāka nekā tīram metālam;

Izturību pret šļūdei vai stiprības zudumu augstās temperatūrās var uzlabot, stiprinot cieto šķīdumu.

Darba rūdīšana

1. Definīcija

Palielinoties aukstās deformācijas pakāpei, palielinās metāla materiālu stiprība un cietība, bet samazinās plastiskums un stingrība.

2. Ievads

Parādība, kurā metālu materiālu stiprība un cietība palielinās, tos plastiski deformējot zem rekristalizācijas temperatūras, bet plastiskums un stingrība samazinās. Pazīstams arī kā aukstā darba sacietēšana. Iemesls ir tāds, ka, metālam plastiski deformējoties, kristāla graudi izslīd un sapinās izmežģījumi, kā rezultātā kristāla graudi izstiepjas, plīst un šķiedrojas, un metālā rodas atlikušie spriegumi. Darba rūdīšanas pakāpi parasti izsaka ar virsmas slāņa mikrocietības attiecību pēc apstrādes pret mikrocietību pirms apstrādes un sacietējušā slāņa dziļuma.

3. Interpretācija no dislokācijas teorijas viedokļa

(1) Starp mežģījumiem notiek krustošanās, un no tā izrietošie griezumi kavē dislokāciju kustību;

(2) Starp dislokācijām notiek reakcija, un izveidotais fiksētais dislokācija kavē dislokācijas kustību;

(3) Notiek dislokāciju izplatība, un dislokācijas blīvuma palielināšanās vēl vairāk palielina pretestību dislokācijas kustībai.

4. Kaitējums

Darba rūdīšana rada grūtības metāla detaļu turpmākajā apstrādē. Piemēram, auksti velmējot tērauda plāksni, tā kļūs arvien grūtāk velmējama, tāpēc apstrādes procesā ir jāorganizē starprūdīšana, lai novērstu tās darba sacietēšanu karsējot. Vēl viens piemērs ir padarīt sagataves virsmu trauslu un cietu griešanas procesā, tādējādi paātrinot instrumenta nodilumu un palielinot griešanas spēku.

5. Ieguvumi

Tas var uzlabot metālu izturību, cietību un nodilumizturību, jo īpaši tiem tīrajiem metāliem un noteiktiem sakausējumiem, kurus nevar uzlabot ar termisko apstrādi. Piemēram, auksti vilkta augstas stiprības tērauda stieple un auksti spirālveida atspere utt. izmanto aukstās apstrādes deformāciju, lai uzlabotu tās izturību un elastības robežu. Vēl viens piemērs ir darba rūdīšanas izmantošana, lai uzlabotu cisternu, traktoru kāpurķēžu, drupinātāju žokļu un dzelzceļa pārmiju cietību un nodilumizturību.

6. Loma mašīnbūvē

Pēc aukstās vilkšanas, velmēšanas un skrotis (sk. virsmas stiprināšana) un citiem procesiem var būtiski uzlabot metāla materiālu, detaļu un detaļu virsmas izturību;

Pēc detaļu nospriegšanas dažu detaļu lokālais spriegums bieži pārsniedz materiāla tecēšanas robežu, izraisot plastisko deformāciju. Darba sacietēšanas dēļ tiek ierobežota turpmāka plastisko deformāciju attīstība, kas var uzlabot detaļu un sastāvdaļu drošību;

Apzīmogojot metāla detaļu vai detaļu, tās plastisko deformāciju pavada nostiprināšana, lai deformācija tiktu pārnesta uz neapstrādāto rūdīto daļu ap to. Pēc šādām atkārtotām mainīgām darbībām var iegūt aukstās štancēšanas detaļas ar vienmērīgu šķērsgriezuma deformāciju;

Tas var uzlabot zema oglekļa tērauda griešanas veiktspēju un padarīt skaidas viegli atdalāmas. Bet darba rūdīšana rada grūtības arī tālākai metāla detaļu apstrādei. Piemēram, auksti stiepta tērauda stieple darba sacietēšanas dēļ patērē daudz enerģijas turpmākai vilkšanai, un tā var būt pat saplīsusi. Tāpēc pirms zīmēšanas tas ir jāatkvēlina, lai novērstu darba sacietēšanu. Vēl viens piemērs ir tāds, ka, lai griešanas laikā sagataves virsma būtu trausla un cieta, atkārtotas griešanas laikā tiek palielināts griešanas spēks, un instrumenta nodilums tiek paātrināts.

Smalko graudu stiprināšana

1. Definīcija

Metode, kā uzlabot metāla materiālu mehāniskās īpašības, attīrot kristāla graudus, tiek saukta par kristāla rafinēšanas stiprināšanu. Rūpniecībā materiāla izturību uzlabo, attīrot kristāla graudus.

2. Princips

Metāli parasti ir polikristāli, kas sastāv no daudziem kristāla graudiem. Kristāla graudu lielumu var izteikt ar kristāla graudu skaitu tilpuma vienībā. Jo lielāks skaitlis, jo smalkāki kristāla graudi. Eksperimenti liecina, ka smalkgraudainiem metāliem istabas temperatūrā ir augstāka izturība, cietība, plastiskums un stingrība nekā rupjiem metāliem. Tas ir tāpēc, ka smalkie graudi tiek pakļauti plastiskai deformācijai ārēja spēka ietekmē un var tikt izkliedēti vairākos graudos, plastiskā deformācija ir vienmērīgāka un sprieguma koncentrācija ir mazāka; turklāt, jo smalkāki graudi, jo lielāks ir graudu robežas laukums un līkumotākas graudu robežas. Jo nelabvēlīgāka plaisu izplatīšanās. Tāpēc metodi, kā uzlabot materiāla stiprību, rafinējot kristāla graudus, rūpniecībā sauc par graudu rafinēšanas stiprināšanu.

3. Efekts

Jo mazāks graudu izmērs, jo mazāks ir dislokāciju skaits (n) dislokāciju klasterī. Saskaņā ar τ=nτ0, jo mazāka ir sprieguma koncentrācija, jo lielāka ir materiāla izturība;

Smalko graudu stiprināšanas stiprināšanas likums ir tāds, ka jo vairāk graudu robežu, jo smalkāki graudi. Saskaņā ar Hall-Peiqi attiecību, jo mazāka ir graudu vidējā vērtība (d), jo augstāka ir materiāla tecēšanas robeža.

4. Graudu rafinēšanas metode

Palielināt apakšdzesēšanas pakāpi;

Pasliktināšanās ārstēšana;

Vibrācija un maisīšana;

Auksti deformētiem metāliem kristāla graudus var attīrīt, kontrolējot deformācijas pakāpi un atkausēšanas temperatūru.

Otrās kārtas pastiprināšana

1. Definīcija

Salīdzinot ar vienfāzes sakausējumiem, daudzfāzu sakausējumiem papildus matricas fāzei ir arī otrā fāze. Kad otrā fāze ir vienmērīgi sadalīta matricas fāzē ar smalkām izkliedētām daļiņām, tai būs ievērojams stiprinošs efekts. Šo stiprinošo efektu sauc par otrās fāzes stiprināšanu.

2. Klasifikācija

Dislokāciju kustībai sakausējuma otrajai fāzei ir šādas divas situācijas:

(1) Nedeformējamu daļiņu pastiprināšana (apvedceļa mehānisms).

(2) Deformējamo daļiņu pastiprināšana (caurgriešanas mehānisms).

Gan dispersijas stiprināšana, gan nokrišņu stiprināšana ir īpaši otrās fāzes stiprināšanas gadījumi.

3. Efekts

Otrās fāzes nostiprināšanās galvenais iemesls ir to mijiedarbība ar dislokāciju, kas kavē dislokācijas kustību un uzlabo sakausējuma deformācijas pretestību.

rezumējot

Svarīgākie stiprību ietekmējošie faktori ir paša materiāla sastāvs, struktūra un virsmas stāvoklis; otrs ir spēka stāvoklis, piemēram, spēka ātrums, slodzes metode, vienkārša stiepšana vai atkārtots spēks, parādīs dažādas stiprības; Turklāt liela ietekme, dažkārt pat izšķiroša, ir arī parauga un testa vides ģeometrijai un lielumam. Piemēram, īpaši augstas stiprības tērauda stiepes izturība ūdeņraža atmosfērā var samazināties eksponenciāli.

Ir tikai divi veidi, kā stiprināt metāla materiālus. Viens no tiem ir palielināt sakausējuma starpatomu savienojuma spēku, palielināt tā teorētisko izturību un sagatavot pilnīgu kristālu bez defektiem, piemēram, ūsām. Ir zināms, ka dzelzs ūsu stiprums ir tuvu teorētiskajai vērtībai. Var uzskatīt, ka tas ir tāpēc, ka ūsās nav izmežģījumu vai ir tikai neliels izmežģījumu daudzums, kas deformācijas procesā nevar izplatīties. Diemžēl, kad ūsas diametrs ir lielāks, spēks strauji samazinās. Vēl viena pastiprinoša pieeja ir kristālā ieviest lielu skaitu kristāla defektu, piemēram, dislokācijas, punktveida defektus, neviendabīgus atomus, graudu robežas, ļoti izkliedētas daļiņas vai neviendabīgumu (piemēram, segregāciju) utt. Šie defekti kavē dislokāciju kustību un arī ievērojami uzlabo metāla izturību. Fakti ir pierādījuši, ka tas ir visefektīvākais veids, kā palielināt metālu izturību. Inženiertehniskajiem materiāliem parasti tiek panākta labāka visaptveroša veiktspēja, izmantojot visaptverošus stiprināšanas efektus.