Tahke lahuse tugevdamine

1. Definitsioon

Nähtus, mille puhul legeerivad elemendid lahustuvad baasmetallis, põhjustades teatud määral võre moonutusi ja suurendades seeläbi sulami tugevust.

2. Põhimõte

Tahkes lahuses lahustunud aatomid põhjustavad võre moonutusi, mis suurendab dislokatsiooni liikumise takistust, raskendab libisemist ning suurendab sulami tahke lahuse tugevust ja kõvadust. Seda nähtust, kus metalli tugevdatakse teatud lahustunud elemendi lahustamise teel tahke lahuse moodustamiseks, nimetatakse tahke lahuse tugevdamiseks. Kui lahustunud aatomite kontsentratsioon on sobiv, saab materjali tugevust ja kõvadust suurendada, kuid selle sitkus ja plastilisus vähenevad.

3. Mõjutavad tegurid

Mida suurem on lahustunud aatomite aatomifraktsioon, seda suurem on tugevdav efekt, eriti kui aatomifraktsioon on väga madal, on tugevdav efekt märkimisväärsem.

Mida suurem on lahustunud aatomite ja baasmetalli aatomi suuruse erinevus, seda suurem on tugevdav efekt.

Interstitsiaalsetel lahustunud aatomitel on suurem tahke lahuse tugevdav efekt kui asendusaatomitel ja kuna kehakesksete kuubilistes kristallides on interstitsiaalsete aatomite võre moonutus asümmeetriline, on nende tugevdav efekt suurem kui tahukesksete kuubilistes kristallides; kuid interstitsiaalsed aatomid Tahke lahustuvus on väga piiratud, seega on ka tegelik tugevdav efekt piiratud.

Mida suurem on valentselektronide arvu erinevus lahustunud aine aatomite ja baasmetalli vahel, seda ilmsem on tahke lahuse tugevdav efekt, st tahke lahuse voolavuspiir suureneb valentselektronide kontsentratsiooni suurenemisega.

4. Tahke lahuse tugevdamise aste sõltub peamiselt järgmistest teguritest

Maatriksi aatomite ja lahustunud aine aatomite suuruste erinevus. Mida suurem on suuruste erinevus, seda suurem on interferents algse kristallstruktuuriga ja seda raskem on dislokatsiooni libisemine.

Legeerivate elementide hulk. Mida rohkem legeerivaid elemente lisatakse, seda suurem on tugevdav efekt. Kui liiga palju aatomeid on liiga suured või liiga väikesed, ületatakse lahustuvus. See hõlmab teist tugevdamismehhanismi, dispersfaasi tugevdamist.

Interstitsiaalsetel lahustunud aatomitel on suurem tahke lahuse tugevdav efekt kui asendusaatomitel.

Mida suurem on lahustunud aine aatomite ja baasmetalli valentselektronide arvu erinevus, seda olulisem on tahke lahuse tugevdav efekt.

5. Efekt

Saagispiir, tõmbetugevus ja kõvadus on tugevamad kui puhastel metallidel;

Enamasti on painduvus madalam kui puhtal metallil;

Juhtivus on palju madalam kui puhtal metallil;

Roomamiskindlust ehk tugevuse kadu kõrgetel temperatuuridel saab parandada tahke lahuse tugevdamisega.

Töökarastumine

1. Definitsioon

Külmdeformatsiooni astme suurenedes metallmaterjalide tugevus ja kõvadus suurenevad, kuid plastilisus ja sitkus vähenevad.

2. Sissejuhatus

Nähtus, mille puhul metallmaterjalide tugevus ja kõvadus suurenevad, kui neid plastselt deformeeritakse allapoole rekristallisatsioonitemperatuuri, samal ajal kui plastsus ja sitkus vähenevad. Tuntud ka kui külmtöötlemiskarastumine. Põhjus on selles, et metalli plastsel deformeerimisel kristalliterad libisevad ja dislokatsioonid takerduvad, mis põhjustab kristalliterakeste pikenemist, purunemist ja kiulistumist ning metallis tekivad jääkpinged. Töötlemiskarastumise astet väljendatakse tavaliselt pinnakihi mikrokõvaduse suhtega pärast töötlemist ja enne töötlemist ning karastatud kihi paksusega.

3. Tõlgendamine dislokatsiooniteooria vaatenurgast

(1) Dislokatsioonide vahel toimub ristumiskoht ja sellest tulenevad lõiked takistavad dislokatsioonide liikumist;

(2) Dislokatsioonide vahel toimub reaktsioon ja tekkinud fikseeritud dislokatsioon takistab dislokatsiooni liikumist;

(3) Toimub dislokatsioonide vohamine ja dislokatsioonide tiheduse suurenemine suurendab veelgi vastupanu dislokatsioonide liikumisele.

4. Kahju

Töötluskarastamine tekitab metalldetailide edasisel töötlemisel raskusi. Näiteks terasplaadi külmvaltsimisel muutub see üha kõvemaks ja valtsimiskõvemaks, seega on töötlemisprotsessi ajal vaja läbi viia vahepealne lõõmutamine, et välistada selle töötlemiskarastamine kuumutamise teel. Teine näide on töödeldava pinna hapraks ja kõvaks muutmine lõikamisprotsessis, kiirendades seeläbi tööriista kulumist ja suurendades lõikejõudu.

5. Eelised

See võib parandada metallide tugevust, kõvadust ja kulumiskindlust, eriti nende puhaste metallide ja teatud sulamite puhul, mida ei saa kuumtöötlemisega parandada. Näiteks külmtöödeldud ülitugeva terastraadi ja külmvaltsitud vedru jms puhul kasutatakse külmdeformatsiooni, et parandada nende tugevust ja elastsuspiiri. Teine näide on töötlemiskarastamise kasutamine paakide, traktorirööbaste, purustuslõugade ja raudteepöörmete kõvaduse ja kulumiskindluse parandamiseks.

6. Roll masinaehituses

Pärast külmtõmbamist, valtsimist ja haaveldamist (vt pinna tugevdamine) ning muid protsesse saab metallmaterjalide, -osade ja -komponentide pinnatugevust oluliselt parandada;

Pärast detailide pingestamist ületab teatud detailide lokaalne pinge sageli materjali voolavuspiiri, põhjustades plastset deformatsiooni. Töötlemiskõvenemise tõttu on plastse deformatsiooni edasine areng piiratud, mis võib parandada detailide ja komponentide ohutust;

Metalldetaili või -komponendi stantsimisel kaasneb selle plastilise deformatsiooniga tugevnemine, nii et deformatsioon kandub üle ümbritsevale töötlemata karastatud detailile. Selliste korduvate vahelduvate toimingute abil on võimalik saada ühtlase ristlõike deformatsiooniga külmstantsitud detaile;

See võib parandada madala süsinikusisaldusega terase lõikeomadusi ja muuta laastud kergesti eraldatavaks. Kuid töötlemiskõvenemine tekitab ka raskusi metalldetailide edasisel töötlemisel. Näiteks külmtõmmatud terastraat tarbib edasiseks venitamiseks töötlemiskõvenemise tõttu palju energiat ja võib isegi puruneda. Seetõttu tuleb see enne venitamist töötlemiskõvenemise vältimiseks lõõmutada. Teine näide on see, et tooriku pinna hapraks ja kõvaks muutmiseks lõikamise ajal suurendatakse uuesti lõikamise ajal lõikejõudu ja tööriista kulumine kiireneb.

Peeneteralise tugevdamise

1. Definitsioon

Metallimaterjalide mehaaniliste omaduste parandamise meetodit kristalliterade rafineerimise teel nimetatakse kristallide rafineerimiseks ja tugevdamiseks. Tööstuses parandatakse materjali tugevust kristalliterade rafineerimise teel.

2. Põhimõte

Metallid on tavaliselt polükristallid, mis koosnevad paljudest kristalliteradest. Kristalliterade suurust saab väljendada kristalliterade arvuga mahuühiku kohta. Mida suurem on arv, seda peenemad on kristalliterad. Katsed näitavad, et peeneteralistel metallidel on toatemperatuuril suurem tugevus, kõvadus, plastsus ja sitkus kui jämedateralistel metallidel. See on tingitud asjaolust, et peened terad deformeeruvad välise jõu mõjul plastselt ja neid saab hajutada suuremaks hulgaks teradeks, plastiline deformatsioon on ühtlasem ja pingekontsentratsioon on väiksem; lisaks, mida peenemad on terad, seda suurem on terade piiriala ja seda keerulisemad on terade piirid. Seda ebasoodsam on pragude levik. Seetõttu nimetatakse tööstuses kristalliterade rafineerimise teel materjali tugevuse parandamise meetodit terade rafineerimise tugevdamiseks.

3. Mõju

Mida väiksem on tera suurus, seda väiksem on dislokatsioonide arv (n) dislokatsioonide klastris. Vastavalt τ=nτ0, mida väiksem on pingekontsentratsioon, seda suurem on materjali tugevus;

Peeneteralise tugevdamise tugevdusseadus ütleb, et mida rohkem on terade piire, seda peenemad on terad. Halli-Peiqi seose kohaselt on materjali voolavuspiir, mida väiksem on terade keskmine väärtus (d).

4. Teravilja rafineerimise meetod

Suurendage alajahutamise astet;

Halvenemise ravi;

Vibratsioon ja segamine;

Külmdeformeeritud metallide puhul saab kristalliteri rafineerida deformatsiooniastme ja lõõmutustemperatuuri reguleerimise teel.

Teise faasi tugevdamine

1. Definitsioon

Võrreldes ühefaasiliste sulamitega on mitmefaasilistel sulamitel lisaks maatriksifaasile ka teine ​​faas. Kui teine ​​faas on maatriksifaasis ühtlaselt jaotunud peente osakestega, on sellel märkimisväärne tugevdav efekt. Seda tugevdavat efekti nimetatakse teise faasi tugevdamiseks.

2. Klassifikatsioon

Dislokatsioonide liikumiseks on sulamis sisalduval teisel faasil järgmised kaks olukorda:

(1) Mittedeformeeruvate osakeste tugevdamine (möödaviikmehhanism).

(2) Deformeeruvate osakeste tugevdamine (läbilõikemehhanism).

Nii dispersioontugevdamine kui ka sademete tugevdamine on teise faasi tugevdamise erijuhud.

3. Mõju

Teise faasi tugevnemise peamine põhjus on nende ja dislokatsiooni omavaheline vastastikmõju, mis takistab dislokatsiooni liikumist ja parandab sulami deformatsioonikindlust.

kokku võtma

Tugevust mõjutavatest teguritest on kõige olulisemad materjali enda koostis, struktuur ja pinnaseisund; teiseks on jõu olek, näiteks jõu kiirus, koormusmeetod, lihtne venitamine või korduv jõud, mis näitavad erinevaid tugevusi; Lisaks on suur mõju, mõnikord isegi otsustav, ka proovi geomeetrial ja suurusel ning katsekeskkonnal. Näiteks võib ülikõrgtugeva terase tõmbetugevus vesiniku atmosfääris eksponentsiaalselt langeda.

Metallmaterjalide tugevdamiseks on ainult kaks võimalust. Esiteks suurendatakse sulami aatomitevahelist sidemejõudu, suurendatakse selle teoreetilist tugevust ja valmistatakse terviklik kristall ilma defektideta, näiteks vurrudeta. On teada, et rauavurrude tugevus on teoreetilisele väärtusele lähedane. Võib arvata, et see on tingitud sellest, et vurrudes ei ole dislokatsioone või on neid vaid vähe ja need ei saa deformatsiooniprotsessi käigus vohada. Kahjuks langeb vurrude läbimõõdu suurenedes tugevus järsult. Teine tugevdamise lähenemisviis on kristalli sisse viia suur hulk kristallidefekte, näiteks dislokatsioonid, punktdefektid, heterogeensed aatomid, terapiirid, väga hajutatud osakesed või ebaühtlused (näiteks segregatsioon) jne. Need defektid takistavad dislokatsioonide liikumist ja parandavad oluliselt metalli tugevust. Faktid on tõestanud, et see on metallide tugevuse suurendamiseks kõige tõhusam viis. Insenerimaterjalide puhul saavutatakse parem terviklik jõudlus üldiselt terviklike tugevdavate efektide abil.