Kiinteän ratkaisun vahvistus

1. Määritelmä

Ilmiö, jossa seosaineet liukenevat perusmetalliin aiheuttaen tietyn asteisen hilavääristymän ja siten lisäävät lejeeringin lujuutta.

2. Periaate

Kiinteään liuokseen liuenneet liuenneet aineatomit aiheuttavat hilavääristymää, mikä lisää dislokaatioliikkeen vastusta, vaikeuttaa liukumista ja lisää seostetun kiinteän liuoksen lujuutta ja kovuutta.Tätä ilmiötä metallin vahvistamiseksi liuottamalla tietty liuennut alkuaine kiinteäksi liuokseksi kutsutaan kiinteän liuoksen vahvistamiseksi.Kun liuenneiden atomien pitoisuus on sopiva, voidaan materiaalin lujuutta ja kovuutta lisätä, mutta sen sitkeys ja plastisuus ovat heikentyneet.

3. Vaikuttavat tekijät

Mitä suurempi liuenneiden aineiden atomifraktio on, sitä suurempi on vahvistava vaikutus, varsinkin kun atomifraktio 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 aineen liuosta vahvistava vaikutus kuin korvausatomeilla, ja koska ruumiinkeskisten kuutiokiteiden interstitiaalisten atomien hilavääristymä on epäsymmetrinen, niiden vahvistava vaikutus on suurempi kuin kasvokeskeisten kuutiokiteiden;mutta interstitiaaliset atomit Kiinteän aineen liukoisuus on hyvin rajallinen, joten myös varsinainen vahvistava vaikutus on rajallinen.

Mitä suurempi ero valenssielektronien lukumäärässä liuenneen aineen atomien ja perusmetallin välillä on, sitä selvempi on kiinteän liuoksen vahvistusvaikutus, eli kiinteän liuoksen myötöraja kasvaa valenssielektronipitoisuuden kasvaessa.

4. Kiinteän liuoksen vahvistumisaste riippuu pääasiassa seuraavista tekijöistä

Matriisiatomien ja liuenneen aineen atomien välinen kokoero.Mitä suurempi kokoero on, sitä suurempi on häiriö alkuperäiseen kiderakenteeseen ja sitä vaikeampaa on dislokaatioliukuminen.

Seosaineiden määrä.Mitä enemmän seosaineita lisätään, sitä suurempi on vahvistava vaikutus.Jos liian monet atomit ovat liian suuria tai liian pieniä, liukoisuus ylittyy.Tähän liittyy toinen vahvistusmekanismi, hajaantunut faasivahvistus.

Interstitiaalisilla liuenneilla atomeilla on suurempi kiinteää liuosta vahvistava vaikutus kuin korvausatomeilla.

Mitä suurempi ero valenssielektronien lukumäärässä liuenneen aineen atomien ja perusmetallin välillä on, sitä merkittävämpi on kiinteää liuosta vahvistava vaikutus.

5. Vaikutus

Myötölujuus, vetolujuus ja kovuus ovat vahvempia kuin puhtaat metallit;

Useimmissa tapauksissa sitkeys on alhaisempi kuin puhtaan metallin;

Johtavuus on paljon alhaisempi kuin puhtaan metallin;

Virumisenkestävyyttä tai lujuuden menetystä korkeissa lämpötiloissa voidaan parantaa kiinteällä liuosvahvistuksella.

Työn kovettumista

1. Määritelmä

Kylmämuodonmuutosasteen kasvaessa metallimateriaalien lujuus ja kovuus kasvavat, mutta plastisuus ja sitkeys heikkenevät.

2. Johdanto

Ilmiö, jossa metallimateriaalien lujuus ja kovuus kasvavat, kun ne muuttuvat plastisesti uudelleenkiteytyslämpötilan alapuolella, samalla kun plastisuus ja sitkeys heikkenevät.Tunnetaan myös nimellä kylmätyökarkaisu.Syynä on se, että kun metalli on plastisesti muotoiltu, kiderakeet luisuvat ja sijoitukset takertuvat, mikä saa kiderakeiden pidentymään, katkeamaan ja kuitumaan, ja metalliin muodostuu jäännösjännityksiä.Työkarkaisuaste ilmaistaan ​​yleensä pintakerroksen mikrokovuuden suhteella käsittelyn jälkeen ja ennen käsittelyä sekä kovetetun kerroksen syvyyden suhteella.

3. Tulkinta dislokaatioteorian näkökulmasta

(1) Dislokaatioiden välillä tapahtuu leikkaus, ja siitä johtuvat leikkaukset estävät dislokaatioiden liikkumisen;

(2) Dislokaatioiden välillä tapahtuu reaktio, ja muodostunut kiinteä dislokaatio estää sijoiltaan siirtymisen;

(3) Dislokaatioiden lisääntyminen tapahtuu, ja dislokaatiotiheyden lisääntyminen lisää edelleen vastustuskykyä dislokaatioliikkeelle.

4. Vahinko

Työkarkaisu vaikeuttaa metalliosien jatkokäsittelyä.Esimerkiksi teräslevyä kylmävalssattaessa se vaikeutuu ja vaikeutuu valssaamaan, joten käsittelyprosessin aikana on tarpeen järjestää välihehkutus, jotta sen työkarkaisu voidaan eliminoida kuumentamalla.Toinen esimerkki on tehdä työkappaleen pinta hauras ja kova leikkausprosessissa, mikä nopeuttaa työkalun kulumista ja lisää leikkausvoimaa.

5. Edut

Se voi parantaa metallien lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä erityisesti niille puhtaille metalleille ja tietyille seoksille, joita ei voida parantaa lämpökäsittelyllä.Esimerkiksi kylmävedetyssä lujassa teräslangassa ja kylmäkelatussa jousessa jne. käytetään kylmätyöstömuodonmuutosta lujuuden ja kimmoisuuden parantamiseksi.Toinen esimerkki on työkarkaisun käyttö tankkien, traktorin telojen, murskaimen leukojen ja rautatien vaihteiden kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi.

6. Rooli koneenrakennuksessa

Metallimateriaalien, osien ja komponenttien pintalujuutta voidaan parantaa merkittävästi kylmäveto-, valssaus- ja ruiskupeittämisen (katso pinnan vahvistaminen) ja muiden prosessien jälkeen;

Osien jännityksen jälkeen tiettyjen osien paikallinen jännitys ylittää usein materiaalin myötörajan, mikä aiheuttaa plastista muodonmuutosta.Työkarkaisun vuoksi plastisen muodonmuutoksen jatkuva kehittyminen on rajoitettua, mikä voi parantaa osien ja komponenttien turvallisuutta;

Kun metalliosa tai komponentti meistetään, sen plastiseen muodonmuutokseen liittyy vahvistumista, jolloin muodonmuutos siirtyy sen ympärillä olevaan käsittelemättömään karkaistuun osaan.Tällaisten toistuvien vuorottelevien toimien jälkeen voidaan saada kylmäleimausosia, joilla on tasainen poikkileikkauksen muodonmuutos;

Se voi parantaa vähähiilisen teräksen leikkaustehoa ja tehdä lastuista helposti erotettavissa.Mutta työkarkaisu tuo vaikeuksia myös metalliosien jatkokäsittelyyn.Esimerkiksi kylmävedetty teräslanka kuluttaa paljon energiaa jatkovetoon työkarkaisun vuoksi ja saattaa jopa katketa.Siksi se on hehkutettava työstökovettumisen poistamiseksi ennen piirtämistä.Toinen esimerkki on, että työkappaleen pinnan tekemiseksi hauraaksi ja kovemmaksi leikauksen aikana leikkausvoimaa lisätään uudelleenleikkauksen aikana ja työkalun kuluminen kiihtyy.

Hienojakoinen vahvistus

1. Määritelmä

Menetelmää metallimateriaalien mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi kiderakeita jalostamalla kutsutaan kiteen jalostusvahvistukseksi.Teollisuudessa materiaalin lujuutta parannetaan kiderakeita jalostamalla.

2. Periaate

Metallit ovat yleensä monikiteisiä, jotka koostuvat monista kiderakeista.Kiderakeiden koko voidaan ilmaista kiderakeiden lukumäärällä tilavuusyksikköä kohti.Mitä suurempi luku, sitä hienommat kristallirakeet.Kokeet osoittavat, että hienorakeisilla metalleilla huoneenlämmössä on suurempi lujuus, kovuus, plastisuus ja sitkeys kuin karkearakeisilla metalleilla.Tämä johtuu siitä, että hienot rakeet käyvät läpi plastisen muodonmuutoksen ulkoisen voiman vaikutuksesta ja ne voidaan hajottaa useampaan rakeeseen, plastinen muodonmuutos on tasaisempi ja jännityspitoisuus on pienempi;Lisäksi mitä hienompia jyviä ovat, sitä suurempi on raeraja-alue ja sitä mutkikkaammat raerajat.Mitä epäsuotuisampi halkeamien leviäminen.Siksi menetelmää materiaalin lujuuden parantamiseksi kiderakeita jalostamalla kutsutaan teollisuudessa rakeiden jalostusvahvistukseksi.

3. Vaikutus

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

Hienorakeisen vahvistuksen vahvistuslaki on, että mitä enemmän raerajaa, sitä hienompaa jyvät ovat.Hall-Peiqi-suhteen mukaan mitä pienempi rakeiden keskiarvo (d), sitä suurempi on materiaalin myötöraja.

4. Viljan jalostusmenetelmä

Lisää alijäähdytysastetta;

Heikkeneminen hoito;

Tärinä ja sekoitus;

Kylmämuovattujen metallien kiderakeita voidaan jalostaa säätämällä muodonmuutosastetta ja hehkutuslämpötilaa.

Toisen vaiheen vahvistus

1. Määritelmä

Yksifaasiseoksiin verrattuna monifaasiseoksilla on matriisifaasin lisäksi toinen vaihe.Kun toinen faasi jakautuu tasaisesti matriisifaasiin hienojakoisten hiukkasten kanssa, sillä on merkittävä vahvistava vaikutus.Tätä vahvistavaa vaikutusta kutsutaan toisen vaiheen vahvistamiseksi.

2. Luokittelu

Dislokaatioiden liikkeelle seoksen sisältämällä toisella vaiheella on seuraavat kaksi tilannetta:

(1) Muodontumattomien hiukkasten vahvistaminen (ohitusmekanismi).

(2) Muodonmuuttuvien hiukkasten vahvistaminen (läpivientimekanismi).

Sekä dispersion vahvistaminen että sademäärän vahvistaminen ovat toisen vaiheen vahvistamisen erikoistapauksia.

3. Vaikutus

Pääsyy toisen vaiheen vahvistumiseen on niiden ja dislokaation välinen vuorovaikutus, joka estää dislokaation liikkumisen ja parantaa lejeeringin muodonmuutoskestävyyttä.

Yhteenvetona

Tärkeimmät lujuuteen vaikuttavat tekijät ovat itse materiaalin koostumus, rakenne ja pintatila;toinen on voiman tila, kuten voiman nopeus, latausmenetelmä, yksinkertainen venytys tai toistuva voima, näyttää erilaisia ​​vahvuuksia;Lisäksi näytteen ja testiväliaineen geometrialla ja koolla on myös suuri vaikutus, joskus jopa ratkaiseva.Esimerkiksi ultralujan teräksen vetolujuus vetyilmakehässä voi laskea eksponentiaalisesti.

On vain kaksi tapaa vahvistaa metallimateriaaleja.Yksi on lisätä lejeeringin atomien välistä sidosvoimaa, lisätä sen teoreettista lujuutta ja valmistaa täydellinen kide ilman vikoja, kuten viiksiä.Tiedetään, että rautaviiksien lujuus on lähellä teoreettista arvoa.Voidaan katsoa, ​​että tämä johtuu siitä, että viiksissä ei ole dislokaatioita tai vain pieni määrä dislokaatioita, jotka eivät voi lisääntyä muodonmuutosprosessin aikana.Valitettavasti, kun viiksen halkaisija on suurempi, vahvuus laskee jyrkästi.Toinen vahvistava lähestymistapa on tuoda kiteen suuri määrä kidevirheitä, kuten dislokaatioita, pistevirheitä, heterogeenisiä atomeja, raerajaja, erittäin dispergoituneita hiukkasia tai epähomogeenisuuksia (kuten segregaatiota) jne. Nämä viat estävät dislokaatioiden liikkumisen ja myös parantaa merkittävästi metallin lujuutta.Faktat ovat osoittaneet, että tämä on tehokkain tapa lisätä metallien lujuutta.Teknisten materiaalien osalta parempaa kokonaisvaltaista suorituskykyä saavutetaan yleensä kattavien vahvistavien vaikutusten avulla.