Solid lösningsförstärkning

1. Definition

Ett fenomen där legeringselement löses upp i basmetallen för att orsaka en viss grad av gitterförvrängning och därmed öka legeringens hållfasthet.

2. Princip

De lösta atomerna lösta i den fasta lösningen orsakar gitterförvrängning, vilket ökar motståndet för dislokationsrörelser, försvårar glidning och ökar styrkan och hårdheten hos den fasta legeringslösningen. Detta fenomen att stärka metallen genom att lösa upp ett visst löst ämne för att bilda en fast lösning kallas fast lösningsförstärkning. När koncentrationen av lösta atomer är lämplig kan materialets styrka och hårdhet ökas, men dess seghet och plasticitet har minskat.

3. Påverkande faktorer

Ju högre atomandel av lösta atomer, desto större förstärkningseffekt, speciellt när atomfraktionen är mycket låg, är förstärkningseffekten mer signifikant.

Ju större skillnad det är mellan de lösta atomerna och basmetallens atomstorlek, desto större blir förstärkningseffekten.

Interstitiellt lösta atomer har en större solid lösningsförstärkande effekt än ersättningsatomer, och eftersom gitterförvrängningen av interstitiella atomer i kroppscentrerade kubiska kristaller är asymmetrisk, är deras stärkande effekt större än den hos ansiktscentrerade kubiska kristaller; men interstitiella atomer Den fasta lösligheten är mycket begränsad, så den faktiska förstärkningseffekten är också begränsad.

Ju större skillnaden är i antalet valenselektroner mellan de lösta atomerna och basmetallen, desto tydligare blir den fasta lösningens stärkande effekt, det vill säga flytgränsen för den fasta lösningen ökar med ökningen av valenselektronkoncentrationen.

4. Graden av fast lösningsförstärkning beror huvudsakligen på följande faktorer

Skillnaden i storlek mellan matrisatomer och lösta atomer. Ju större storleksskillnaden är, desto större interferens med den ursprungliga kristallstrukturen, och desto svårare är det för dislokationsglidning.

Mängden legeringselement. Ju fler legeringsämnen som tillsätts, desto större blir förstärkningseffekten. Om för många atomer är för stora eller för små kommer lösligheten att överskridas. Detta involverar en annan förstärkningsmekanism, den dispergerade fasens förstärkning.

Interstitiellt lösta atomer har en större solid lösningsförstärkande effekt än ersättningsatomer.

Ju större skillnaden är i antalet valenselektroner mellan de lösta atomerna och basmetallen, desto mer signifikant blir den fasta lösningens stärkande effekt.

5. Effekt

Sträckgräns, draghållfasthet och hårdhet är starkare än rena metaller;

I de flesta fall är duktiliteten lägre än den för ren metall;

Konduktiviteten är mycket lägre än ren metall;

Krypmotstånd, eller hållfasthetsförlust vid höga temperaturer, kan förbättras genom förstärkning av fast lösning.

Arbetshärdning

1. Definition

När graden av kall deformation ökar, ökar styrkan och hårdheten hos metallmaterial, men plasticiteten och segheten minskar.

2. Inledning

Ett fenomen där hållfastheten och hårdheten hos metallmaterial ökar när de plastiskt deformeras under omkristallisationstemperaturen, medan plasticiteten och segheten minskar. Även känd som kallarbete härdning. Anledningen är att när metallen deformeras plastiskt, glider kristallkornen och dislokationer intrasslas, vilket gör att kristallkornen förlängs, går sönder och fibreras, och kvarvarande spänningar genereras i metallen. Graden av arbetshärdning uttrycks vanligtvis av förhållandet mellan mikrohårdheten hos ytskiktet efter bearbetning och före bearbetning och djupet av det härdade skiktet.

3. Tolkning utifrån dislokationsteorin

(1) Skärning sker mellan dislokationer och de resulterande skären hindrar dislokationernas rörelse;

(2) En reaktion inträffar mellan dislokationer och den bildade fixerade dislokationen hindrar dislokationens rörelse;

(3) Spridningen av dislokationer inträffar, och ökningen i dislokationsdensitet ökar ytterligare motståndet mot dislokationsrörelse.

4. Skada

Arbetshärdning medför svårigheter vid vidarebearbetning av metalldelar. Till exempel, i processen med kallvalsning av stålplåten, kommer den att bli svårare och svårare att rulla, så det är nödvändigt att ordna mellanglödgning under bearbetningsprocessen för att eliminera dess arbetshärdning genom uppvärmning. Ett annat exempel är att göra arbetsstyckets yta spröd och hård i skärprocessen, och därigenom accelerera verktygsslitage och öka skärkraften.

5. Fördelar

Det kan förbättra styrkan, hårdheten och slitstyrkan hos metaller, särskilt för de rena metaller och vissa legeringar som inte kan förbättras genom värmebehandling. Till exempel, kalldragen höghållfast ståltråd och kalllindad fjäder etc. använder kallbearbetningsdeformation för att förbättra dess styrka och elasticitetsgräns. Ett annat exempel är användningen av arbetshärdning för att förbättra hårdheten och slitstyrkan hos tankar, traktorband, krossbackar och järnvägsväxlar.

6. Roll inom maskinteknik

Efter kalldragning, valsning och kulblästring (se ytförstärkning) och andra processer kan ythållfastheten hos metallmaterial, delar och komponenter förbättras avsevärt;

Efter att delarna har belastats överskrider den lokala spänningen hos vissa delar ofta materialets sträckgräns, vilket orsakar plastisk deformation. På grund av arbetshärdning är den fortsatta utvecklingen av plastisk deformation begränsad, vilket kan förbättra säkerheten för delar och komponenter;

När en metalldel eller komponent stämplas åtföljs dess plastiska deformation av förstärkning, så att deformationen överförs till den obearbetade härdade delen runt den. Efter sådana upprepade alternerande handlingar kan kalla stansningsdelar med enhetlig tvärsnittsdeformation erhållas;

Det kan förbättra skärprestandan hos lågkolstål och göra spånen lätt att separera. Men arbetshärdning medför också svårigheter vid vidarebearbetning av metalldelar. Till exempel förbrukar kalldragen ståltråd mycket energi för vidaredragning på grund av arbetshärdning, och kan till och med gå sönder. Därför måste den glödgas för att eliminera arbetshärdning före ritning. Ett annat exempel är att för att göra arbetsstyckets yta spröd och hård under skärning, ökas skärkraften vid omskärning och verktygsnötningen accelereras.

Finkornsförstärkning

1. Definition

Metoden att förbättra de mekaniska egenskaperna hos metallmaterial genom att förädla kristallkornen kallas kristallförädlingsförstärkning. Inom industrin förbättras hållfastheten i materialet genom att förädla kristallkornen.

2. Princip

Metaller är vanligtvis polykristaller som består av många kristallkorn. Storleken på kristallkornen kan uttryckas som antalet kristallkorn per volymenhet. Ju fler siffror, desto finare kristallkorn. Experiment visar att finkorniga metaller vid rumstemperatur har högre hållfasthet, hårdhet, plasticitet och seghet än grovkorniga metaller. Detta beror på att de fina kornen genomgår plastisk deformation under yttre kraft och kan spridas i fler korn, den plastiska deformationen är mer enhetlig och spänningskoncentrationen är mindre; dessutom, ju finare korn, desto större korngränsyta och desto slingrigare korngränser. Ju mer ogynnsam spridning av sprickor. Därför kallas metoden för att förbättra hållfastheten i materialet genom att förädla kristallkornen kornförfiningsförstärkning i branschen.

3. Effekt

Ju mindre kornstorlek, desto mindre antal dislokationer (n) i dislokationsklustret. Enligt τ=nτ0, ju mindre spänningskoncentrationen är, desto högre hållfasthet hos materialet;

Den förstärkande lagen för finkornsförstärkning är att ju fler korngränser, desto finare korn. Enligt Hall-Peiqi-förhållandet, ju mindre medelvärde (d) för kornen är, desto högre sträckgräns för materialet.

4. Metoden för spannmålsförädling

Öka graden av underkylning;

Försämringsbehandling;

Vibration och omrörning;

För kalldeformerade metaller kan kristallkornen förädlas genom att kontrollera graden av deformation och glödgningstemperatur.

Andra fas förstärkning

1. Definition

Jämfört med enfaslegeringar har flerfaslegeringar en andra fas utöver matrisfasen. När den andra fasen är jämnt fördelad i matrisfasen med fina dispergerade partiklar, kommer den att ha en signifikant förstärkande effekt. Denna stärkande effekt kallas den andra fasens stärkande.

2. Klassificering

För rörelse av dislokationer har den andra fasen i legeringen följande två situationer:

(1) Förstärkning av icke-deformerbara partiklar (bypass-mekanism).

(2) Förstärkning av deformerbara partiklar (genomskärningsmekanism).

Både spridningsförstärkning och nederbördsförstärkning är specialfall av andra fasförstärkning.

3. Effekt

Huvudskälet till förstärkningen av den andra fasen är interaktionen mellan dem och dislokationen, vilket hindrar dislokationens rörelse och förbättrar legeringens deformationsmotstånd.

sammanfattningsvis

De viktigaste faktorerna som påverkar hållfastheten är materialets sammansättning, struktur och yttillstånd; det andra är krafttillståndet, såsom kraftens hastighet, belastningsmetoden, enkel sträckning eller upprepad kraft, kommer att visa olika styrkor; Dessutom har geometrin och storleken på provet och testmediet ett stort inflytande, ibland till och med avgörande. Exempelvis kan draghållfastheten hos ultrahöghållfast stål i en väteatmosfär sjunka exponentiellt.

Det finns bara två sätt att stärka metallmaterial. En är att öka legeringens interatomiska bindningskraft, öka dess teoretiska styrka och förbereda en komplett kristall utan defekter, såsom morrhår. Det är känt att styrkan hos järnhårhår ligger nära det teoretiska värdet. Man kan anse att detta beror på att det inte finns några dislokationer i morrhåren, eller bara en liten mängd dislokationer som inte kan föröka sig under deformationsprocessen. Tyvärr, när diametern på morrhåren är större, sjunker styrkan kraftigt. Ett annat stärkande tillvägagångssätt är att införa ett stort antal kristalldefekter i kristallen, såsom dislokationer, punktdefekter, heterogena atomer, korngränser, högdispergerade partiklar eller inhomogeniteter (som segregation) etc. Dessa defekter hindrar rörelsen av dislokationer och förbättrar också metallens styrka avsevärt. Fakta har visat att detta är det mest effektiva sättet att öka metallernas styrka. För tekniska material är det i allmänhet genom omfattande förstärkningseffekter för att uppnå bättre heltäckande prestanda.