Cietā šķīduma stiprināšana

1. Definīcija

Parādība, kurā leģējošie elementi tiek izšķīdināti pamatmetālā, lai izraisītu zināmu režģa deformāciju un tādējādi palielinātu sakausējuma izturību.

2. Princips

Cietajā šķīdumā izšķīdušie atomi izraisa režģa deformāciju, kas palielina dislokācijas kustības pretestību, apgrūtina slīdēšanu un palielina sakausējuma cietā šķīduma izturību un cietību. Šo metāla stiprināšanas parādību, izšķīdinot noteiktu izšķīdušo elementu cietā šķīdumā, sauc par cietā šķīduma stiprināšanu. Kad izšķīdušo atomu koncentrācija ir atbilstoša, materiāla izturību un cietību var palielināt, bet tā stingrība un plastiskums samazinās.

3. Ietekmējošie faktori

Jo lielāka ir izšķīdušo atomu atomu daļa, jo lielāks ir stiprinošais efekts, īpaši, ja atomu daļa ir ļoti maza, stiprinošais efekts ir nozīmīgāks.

Jo lielāka ir atšķirība starp izšķīdušo vielu atomiem un pamatmetāla atomu izmēru, jo lielāks ir stiprinošais efekts.

Starpposma izšķīdušajiem atomiem ir lielāka cietvielu šķīduma stiprinošā iedarbība nekā aizvietošanas atomiem, un, tā kā starpposma atomu režģa deformācija ķermenī centrētos kubiskos kristālos ir asimetriska, to stiprinošā iedarbība ir lielāka nekā virsmā centrētiem kubiskiem kristāliem; bet starpposma atomiem cietvielu šķīdība ir ļoti ierobežota, tāpēc arī faktiskā stiprinošā iedarbība ir ierobežota.

Jo lielāka ir valences elektronu skaita atšķirība starp izšķīdušo vielu atomiem un pamatmetālu, jo acīmredzamāka ir cietā šķīduma stiprinošā iedarbība, tas ir, cietā šķīduma tecēšanas robeža palielinās, palielinoties valences elektronu koncentrācijai.

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

Matricas atomu un izšķīdušo vielu atomu izmēru atšķirība. Jo lielāka izmēru atšķirība, jo lielāka ir iejaukšanās sākotnējā kristāla struktūrā un jo grūtāk ir dislokācijas slīdēšana.

Leģējošo elementu daudzums. Jo vairāk leģējošo elementu tiek pievienots, jo lielāks ir stiprināšanas efekts. Ja pārāk daudz atomu ir pārāk lieli vai pārāk mazi, šķīdība tiks pārsniegta. Tas ietver vēl vienu stiprināšanas mehānismu — dispersās fāzes stiprināšanu.

Intersticiāliem izšķīdušajiem atomiem ir lielāka cietā šķīduma stiprinoša iedarbība nekā aizvietošanas atomiem.

Jo lielāka ir valences elektronu skaita atšķirība starp izšķīdušo vielu atomiem un pamatmetālu, jo nozīmīgāka ir cietā šķīduma stiprinošā iedarbība.

5. Efekts

Tecēšanas robeža, stiepes izturība un cietība ir spēcīgāka nekā tīriem metāliem;

Vairumā gadījumu elastība ir zemāka nekā tīram metālam;

Vadītspēja ir daudz zemāka nekā tīram metālam;

Šļūdes izturību jeb stiprības zudumu augstās temperatūrās var uzlabot, stiprinot cietā šķīdumā.

Darba sacietēšana

1. Definīcija

Palielinoties aukstās deformācijas pakāpei, palielinās metāla materiālu izturība un cietība, bet samazinās plastiskums un sīkstums.

2. Ievads

Parādība, kurā metāla materiālu izturība un cietība palielinās, ja tie tiek plastiski deformēti zem rekristalizācijas temperatūras, bet plastiskums un sīkstums samazinās. Pazīstama arī kā aukstās deformācijas sacietēšana. Iemesls ir tāds, ka, metālam plastiski deformējoties, kristāla graudi slīd un dislokācijas sapinās, kas izraisa kristāla graudu pagarināšanos, lūzumu un šķiedrošanos, un metālā rodas atlikušie spriegumi. Deformācijas sacietēšanas pakāpi parasti izsaka ar virsmas slāņa mikrocietības attiecību pēc apstrādes ar mikrocietību pirms apstrādes un sacietējušā slāņa dziļumu.

3. Interpretācija no dislokāciju teorijas viedokļa

(1) Starp dislokācijām notiek krustošanās, un iegūtie iegriezumi kavē dislokāciju kustību;

(2) Starp dislokācijām notiek reakcija, un izveidojusies fiksētā dislokācija kavē dislokācijas kustību;

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

4. Kaitējums

Deformācijas sacietēšana rada grūtības metāla detaļu tālākā apstrādē. Piemēram, aukstās velmēšanas procesā tērauda plāksne kļūs arvien cietāka un grūtāk velmējama, tāpēc apstrādes procesā ir nepieciešams veikt starpposma atkvēlināšanu, lai novērstu deformācijas sacietēšanu karsēšanas rezultātā. Vēl viens piemērs ir sagataves virsmas trausluma un cietības padarīšana griešanas procesā, tādējādi paātrinot instrumentu nodilumu un palielinot griešanas spēku.

5. Ieguvumi

Tas var uzlabot metālu izturību, cietību un nodilumizturību, īpaši tiem tīrajiem metāliem un noteiktiem sakausējumiem, kurus nevar uzlabot ar termisko apstrādi. Piemēram, auksti stieptas augstas stiprības tērauda stieples un auksti spirālveida atsperes u. c. izmanto aukstās deformācijas metodi, lai uzlabotu to izturību un elastības robežu. Vēl viens piemērs ir deformācijas sacietēšanas izmantošana, lai uzlabotu cisternu, traktoru sliežu ceļu, drupinātāju žokļu un dzelzceļa pārmiju cietību un nodilumizturību.

6. Loma mašīnbūvē

Pēc aukstās vilkšanas, velmēšanas un lodveida apstrādes (sk. virsmas stiprināšanu) un citiem procesiem metāla materiālu, detaļu un komponentu virsmas izturību var ievērojami uzlabot;

Pēc detaļu nospriegošanas dažu detaļu lokālais spriegums bieži pārsniedz materiāla tecēšanas robežu, izraisot plastisko deformāciju. Deformācijas sacietēšanas dēļ plastiskās deformācijas turpmākā attīstība ir ierobežota, kas var uzlabot detaļu un komponentu drošību;

Štancējot metāla detaļu vai komponentu, tā plastisko deformāciju pavada nostiprināšanās, tāpēc deformācija tiek pārnesta uz neapstrādāto, sacietējušo detaļu ap to. Pēc šādām atkārtotām mainīgām darbībām var iegūt aukstās štancēšanas detaļas ar vienmērīgu šķērsgriezuma deformāciju;

Tas var uzlabot zema oglekļa satura tērauda griešanas veiktspēju un atvieglot skaidu atdalīšanu. Taču deformācijas sacietēšana rada arī grūtības metāla detaļu tālākā apstrādē. Piemēram, auksti vilkta tērauda stieple patērē daudz enerģijas tālākai vilkšanai deformācijas sacietēšanas dēļ un var pat pārtrūkt. Tāpēc pirms stiepšanas tā ir jāatkvēlina, lai novērstu deformācijas sacietēšanu. Vēl viens piemērs ir tas, ka, lai griešanas laikā sagataves virsma kļūtu trausla un cieta, atkārtotas griešanas laikā tiek palielināts griešanas spēks, un instrumenta nodilums tiek paātrināts.

Smalkgrauda stiprināšana

1. Definīcija

Metāla materiālu mehānisko īpašību uzlabošanas metodi, rafinējot kristāla graudus, sauc par kristāla rafinēšanas stiprināšanu. Rūpniecībā materiāla izturību uzlabo, rafinējot 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 skaits, jo smalkāki ir kristāla graudi. Eksperimenti rāda, ka smalkgraudainiem metāliem istabas temperatūrā ir augstāka izturība, cietība, plastiskums un sīkstums nekā rupjgraudainiem metāliem. Tas ir tāpēc, ka smalkie graudi ārēja spēka ietekmē plastiski deformējas un var tikt izkliedēti vairākos graudos, plastiskā deformācija ir vienmērīgāka un sprieguma koncentrācija ir mazāka; turklāt, jo smalkāki ir graudi, jo lielāka ir graudu robeža un jo līkumotākas ir graudu robežas. Jo nelabvēlīgāka ir plaisu izplatīšanās. Tāpēc materiāla izturības uzlabošanas metode, rafinējot kristāla graudus, rūpniecībā tiek saukta par graudu rafinēšanas stiprināšanu.

3. Efekts

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

Sīkgraudainas stiprināšanas stiprināšanas likums ir tāds, ka jo vairāk graudu robežu, jo smalkāki ir graudi. Saskaņā ar Halla-Peiči sakarību, jo mazāka ir graudu vidējā vērtība (d), jo augstāka ir materiāla tecēšanas robeža.

4. Graudu rafinēšanas metode

Palieliniet subdzesēšanas pakāpi;

Nolietošanās ārstēšana;

Vibrācija un maisīšana;

Aukstā veidā deformētiem metāliem kristāla graudus var rafinēt, kontrolējot deformācijas pakāpi un atkvēlināšanas temperatūru.

Otrās fāzes pastiprināšana

1. Definīcija

Salīdzinot ar vienfāzes sakausējumiem, daudzfāžu sakausējumiem papildus matricas fāzei ir arī otrā fāze. Kad otrā fāze ir vienmērīgi sadalīta matricas fāzē ar smalkām dispersām daļiņām, tai būs ievērojama stiprinoša iedarbība. Šo stiprinošo efektu sauc par otrās fāzes stiprināšanu.

2. Klasifikācija

Dislokāciju kustībai sakausējumā esošajai otrajai fāzei ir šādas divas situācijas:

(1) Nedeformējamu daļiņu pastiprināšana (apvedceļa mehānisms).

(2) Deformējamu daļiņu pastiprināšana (caurgrieziena mehānisms).

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

3. Efekts

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

apkopot

Vissvarīgākie faktori, kas ietekmē izturību, ir paša materiāla sastāvs, struktūra un virsmas stāvoklis; otrais ir spēka stāvoklis, piemēram, spēka ātrums, slodzes metode, vienkārša stiepšana vai atkārtots spēks, uzrādīs atšķirīgu izturību; Turklāt parauga ģeometrijai un izmēram, kā arī testa videi ir arī liela ietekme, dažreiz pat izšķiroša. Piemēram, īpaši augstas stiprības tērauda stiepes izturība ūdeņraža atmosfērā var samazināties eksponenciāli.

Ir tikai divi veidi, kā stiprināt metāla materiālus. Viens ir palielināt sakausējuma starpatomu saites spēku, palielināt tā teorētisko izturību un iegūt pilnīgu kristālu bez defektiem, piemēram, ūsām. Ir zināms, ka dzelzs ūsu izturība ir tuvu teorētiskajai vērtībai. Var uzskatīt, ka tas ir tāpēc, ka ūsās nav dislokāciju vai arī ir tikai neliels daudzums dislokāciju, kas deformācijas procesā nevar vairoties. Diemžēl, palielinoties ūsu diametram, izturība strauji samazinās. Cita stiprināšanas pieeja ir ieviest kristālā lielu skaitu kristāla defektu, piemēram, dislokācijas, punktveida defektus, heterogēnus atomus, graudu robežas, ļoti izkliedētas daļiņas vai nehomogenitāti (piemēram, segregāciju) utt. Šie defekti kavē dislokāciju kustību un arī ievērojami uzlabo metāla izturību. Fakti ir pierādījuši, ka šis ir visefektīvākais veids, kā palielināt metālu izturību. Inženiertehnisko materiālu gadījumā labāku visaptverošu veiktspēju parasti panāk, izmantojot visaptverošus stiprināšanas efektus.