Kiinteän liuoksen vahvistaminen

1. Määritelmä

Ilmiö, jossa seosaineet liukenevat perusmetalliin aiheuttaen tietynasteisen hilan vääristymän ja siten seoksen lujuuden lisääntymisen.

2. Periaate

Kiinteään liuokseen liuenneet liuenneet atomit aiheuttavat hilan vääristymistä, mikä lisää dislokaatioliikkeen vastusta, vaikeuttaa liukenemista ja lisää seosliuoksen lujuutta ja kovuutta. Tätä ilmiötä, jossa metalli lujittuu liuottamalla tietty liuennut alkuaine kiinteäksi liuokseksi, kutsutaan kiinteän liuoksen lujittamiseksi. Kun liuenneiden atomien pitoisuus on sopiva, materiaalin lujuutta ja kovuutta voidaan lisätä, mutta sen sitkeys ja plastisuus vähenevät.

3. Vaikuttavat tekijät

Mitä suurempi liuenneiden atomien atomiosuus on, sitä suurempi on vahvistava vaikutus, varsinkin kun atomiosuus on hyvin pieni, vahvistava vaikutus on merkittävämpi.

Mitä suurempi ero liuenneiden aineiden atomien ja perusmetallin atomikoon välillä on, sitä suurempi on vahvistava vaikutus.

Interstitiaalisilla liuenneilla atomeilla on suurempi kiinteän liuoksen vahvistava vaikutus kuin korvaavilla atomeilla, ja koska väliatomien hilan vääristymä kappalekeskeisissä kuutiollisissa kiteissä on epäsymmetrinen, niiden vahvistava vaikutus on suurempi kuin pintakeskeisissä kuutiollisissa kiteissä; mutta väliatomien kiinteän aineen liukoisuus on hyvin rajallinen, joten varsinainen vahvistava vaikutus on myös rajallinen.

Mitä suurempi on valenssielektronien lukumäärän ero liuenneiden atomien ja perusmetallin välillä, sitä selvempi on kiinteän liuoksen vahvistava vaikutus eli kiinteän liuoksen myötölujuus kasvaa valenssielektronipitoisuuden kasvaessa.

4. Kiinteän liuoksen lujittumisaste riippuu pääasiassa seuraavista tekijöistä

Matriisiatomien ja liuenneiden aineiden atomien kokoero. Mitä suurempi kokoero, sitä suurempi on interferenssi alkuperäiseen kiderakenteeseen ja sitä vaikeampaa dislokaatioiden luistaminen on.

Seosaineiden määrä. Mitä enemmän seosaineita lisätään, sitä suurempi on lujittava vaikutus. Jos liian monta atomia on liian suuria tai liian pieniä, liukoisuus ylittyy. Tähän liittyy toinen lujittava mekanismi, dispersiofaasilujittuminen.

Interstitiaalisilla liuenneilla atomeilla on suurempi kiinteän liuoksen vahvistava vaikutus kuin korvaavilla atomeilla.

Mitä suurempi on valenssielektronien lukumäärän ero liuenneiden atomien ja perusmetallin välillä, sitä merkittävämpi on kiinteän liuoksen vahvistava vaikutus.

5. Vaikutus

Myötölujuus, vetolujuus ja kovuus ovat vahvempia kuin puhtailla metalleilla;

Useimmissa tapauksissa sitkeys on alhaisempi kuin puhtaalla metallilla;

Johtavuus on paljon alhaisempi kuin puhtaalla metallilla;

Virumiskestävyyttä eli lujuuden menetystä korkeissa lämpötiloissa voidaan parantaa vahvistamalla sitä kiinteällä liuoksella.

Työkarkaisu

1. Määritelmä

Kylmämuodonmuutoksen asteen kasvaessa metallimateriaalien lujuus ja kovuus kasvavat, mutta plastisuus ja sitkeys vähenevät.

2. Johdanto

Ilmiö, jossa metallimateriaalien lujuus ja kovuus kasvavat, kun niitä muovataan plastisesti uudelleenkiteytymislämpötilan alapuolella, samalla kun plastisuus ja sitkeys vähenevät. Tunnetaan myös kylmämuokkauslujittumana. Syynä on se, että kun metallia muovataan plastisesti, kiderakeet luistavat ja dislokaatiot kietoutuvat toisiinsa, mikä aiheuttaa kiderakeiden pidentymistä, murtumista ja kuidutumista, ja metalliin syntyy jäännösjännityksiä. Muokkauslujittumisen aste ilmaistaan ​​yleensä pintakerroksen mikrokovuuden suhteena prosessoinnin jälkeen pintakerroksen mikrokovuuteen ennen prosessointia ja karkaistun kerroksen paksuudella.

3. Tulkinta dislokaatioteorian näkökulmasta

(1) Dislokaatioiden välillä on leikkauspiste, ja siitä johtuvat leikkaukset estävät dislokaatioiden liikettä;

(2) Dislokaatioiden välillä tapahtuu reaktio, ja muodostunut kiinteä dislokaatio estää dislokaation liikettä;

(3) Dislokaatioiden lisääntyminen tapahtuu, ja dislokaatiotiheyden kasvu lisää entisestään dislokaatioiden liikkeen vastusta.

4. Vahinko

Muokkauslujittuminen tuo vaikeuksia metalliosien jatkokäsittelyyn. Esimerkiksi kylmävalssauksessa teräslevystä tulee yhä vaikeampi valssata, joten on tarpeen järjestää välihehkutus käsittelyprosessin aikana, jotta vältetään sen muokkauslujittuminen kuumentamalla. Toinen esimerkki on työkappaleen pinnan haurastuminen ja kovettuminen leikkausprosessissa, mikä nopeuttaa työkalun kulumista ja lisää leikkausvoimaa.

5. Hyödyt

Se voi parantaa metallien lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä, erityisesti niiden puhtaiden metallien ja tiettyjen seosten osalta, joita ei voida parantaa lämpökäsittelyllä. Esimerkiksi kylmävedetyssä, erittäin lujassa teräslangassa ja kylmäkelatussa jousessa käytetään kylmämuokkausmuodonmuutosta niiden lujuuden ja kimmoisuusrajan parantamiseksi. Toinen esimerkki on muokkauskarkaisun käyttö säiliöiden, traktoriratojen, murskainten leukojen ja rautatievaihteiden kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi.

6. Rooli konetekniikassa

Kylmäveto-, valssaus- ja kuulapuhallusmenetelmän (katso pinnanvahvistus) sekä muiden prosessien jälkeen metallimateriaalien, -osien ja -komponenttien pinnanlujuutta voidaan parantaa merkittävästi;

Kun osiin kohdistuu jännitystä, tiettyjen osien paikallinen jännitys ylittää usein materiaalin myötörajan, mikä aiheuttaa plastista muodonmuutosta. Työstölujittumisen vuoksi plastisen muodonmuutoksen jatkuva kehittyminen rajoittuu, mikä voi parantaa osien ja komponenttien turvallisuutta;

Kun metalliosaa tai -komponenttia leimataan, sen plastiseen muodonmuutokseen liittyy lujittumista, jolloin muodonmuutos siirtyy sitä ympäröivään työstämättömään karkaistuun osaan. Tällaisten toistuvien vuorottelevien toimenpiteiden jälkeen voidaan saada kylmäleimausosia, joilla on tasainen poikkileikkauksen muodonmuutos;

Se voi parantaa vähähiilisen teräksen leikkausominaisuuksia ja helpottaa lastujen erottelua. Mutta muokkauslujittuminen tuo myös vaikeuksia metalliosien jatkokäsittelyyn. Esimerkiksi kylmävedetyn teräslangan jatkoveto kuluttaa paljon energiaa muokkauslujittumisen vuoksi ja se voi jopa katketa. Siksi se on hehkutettava muokkauslujittumisen poistamiseksi ennen vetoa. Toinen esimerkki on, että työkappaleen pinnan haurauden ja kovuuden lisäämiseksi leikkauksen aikana leikkausvoimaa lisätään uudelleenleikkauksen aikana, mikä kiihdyttää työkalun kulumista.

Hienorakeinen vahvistus

1. Määritelmä

Metallimateriaalien mekaanisten ominaisuuksien parantamismenetelmää kiderakeiden jauhamisen avulla kutsutaan kidejauhotuksen lujittamiseksi. Teollisuudessa materiaalin lujuutta parannetaan jauhamalla kiderakeita.

2. Periaate

Metallit ovat yleensä monikiteisiä, jotka koostuvat useista kiderakeista. Kiteenjyvien koko voidaan ilmaista kidejyvien lukumääränä tilavuusyksikköä kohti. Mitä suurempi lukumäärä, sitä hienompia kidejyvät. Kokeet osoittavat, että hienorakeisilla metalleilla on huoneenlämmössä suurempi lujuus, kovuus, plastisuus ja sitkeys kuin karkeilla metalleilla. Tämä johtuu siitä, että hienorakeiset metallit läpikäyvät plastisen muodonmuutoksen ulkoisen voiman vaikutuksesta ja voivat hajota useampiin rakeisiin, plastinen muodonmuutos on tasaisempi ja jännityspitoisuus on pienempi; lisäksi mitä hienompia rakeet ovat, sitä suurempi on raerajan pinta-ala ja sitä mutkikkaammat raerajat. Sitä epäedullisempaa halkeamien eteneminen on. Siksi menetelmää, jolla parannetaan materiaalin lujuutta jauhamalla kidejyviä, kutsutaan teollisuudessa raekoonparannusvahvistukseksi.

3. Vaikutus

Mitä pienempi raekoko on, sitä pienempi on dislokaatioiden lukumäärä (n) dislokaatioryppäässä. Yhtälön τ=nτ0 mukaan mitä pienempi jännityspitoisuus on, sitä suurempi on materiaalin lujuus;

Hienorakeisen lujittamisen lujittumislaki on, että mitä enemmän raerajoja on, sitä hienompia rakeet ovat. Hall-Peiqi-yhtälön mukaan mitä pienempi on rakeiden keskimääräinen arvo (d), sitä suurempi on materiaalin myötölujuus.

4. Viljan jalostusmenetelmä

Lisää alijäähdytyksen astetta;

Heikkenemisen hoito;

Tärinä ja sekoitus;

Kylmämuovattujen metallien kidejyviä voidaan jalostaa säätämällä muodonmuutosastetta ja hehkutuslämpötilaa.

Toisen vaiheen vahvistus

1. Määritelmä

Yksifaasisiin seoksiin verrattuna monifaasisissa seoksissa on matriisifaasin lisäksi toinen faasi. Kun toinen faasi on tasaisesti jakautunut matriisifaasiin hienojakoisten hiukkasten kanssa, sillä on merkittävä lujittava vaikutus. Tätä lujittavaa vaikutusta kutsutaan toisen faasin lujittamiseksi.

2. Luokittelu

Dislokaatioiden liikkumisen kannalta seoksen sisältämällä toisella faasilla on seuraavat kaksi tilannetta:

(1) Muotoaan muuttumattomien hiukkasten vahvistaminen (ohitusmekanismi).

(2) Muotoaan muuttavien hiukkasten vahvistaminen (läpileikkausmekanismi).

Sekä dispersio- että saostumislujittuminen ovat toisen vaiheen lujittamisen erikoistapauksia.

3. Vaikutus

Toisen vaiheen lujittumisen pääasiallinen syy on niiden ja dislokaation välinen vuorovaikutus, joka estää dislokaation liikettä ja parantaa seoksen muodonmuutoskestävyyttä.

yhteenvetona

Tärkeimmät lujuuteen vaikuttavat tekijät ovat materiaalin koostumus, rakenne ja pinnan kunto; toinen on voiman tila, kuten voiman nopeus, kuormitusmenetelmä, yksinkertainen venytys tai toistuva voima, jotka osoittavat erilaisia ​​lujuuksia; Lisäksi näytteen geometrialla ja koolla sekä testiväliaineella on myös suuri vaikutus, joskus jopa ratkaiseva. Esimerkiksi erittäin lujan teräksen vetolujuus vetyatmosfäärissä voi laskea eksponentiaalisesti.

Metallimateriaaleja voidaan vahvistaa vain kahdella tavalla. Yksi on lisätä seoksen atomien välistä sidosvoimaa, lisätä sen teoreettista lujuutta ja valmistaa täydellinen kide ilman virheitä, kuten viiksiä. On tunnettua, että rautaviiksien lujuus on lähellä teoreettista arvoa. Voidaan olettaa, että tämä johtuu siitä, ettei viiksissä ole dislokaatioita tai niitä on vain vähän, eikä ne pääse lisääntymään muodonmuutosprosessin aikana. Valitettavasti, kun viiksien halkaisija on suurempi, lujuus laskee jyrkästi. Toinen lujittamismenetelmä on lisätä kiteeseen suuri määrä kidevirheitä, kuten dislokaatioita, pistevirheitä, heterogeenisiä atomeja, raerajoja, erittäin hajallaan olevia hiukkasia tai epähomogeenisuuksia (kuten segregaatiota) jne. Nämä virheet estävät dislokaatioiden liikkumista ja parantavat myös merkittävästi metallin lujuutta. Tosiasiat ovat osoittaneet, että tämä on tehokkain tapa lisätä metallien lujuutta. Teknisten materiaalien osalta parempaa kokonaisvaltaista suorituskykyä saavutetaan yleensä kokonaisvaltaisten lujitusten avulla.