Szilárd megoldás megerősítése

1. Meghatározás

Olyan jelenség, amelyben az ötvözőelemek feloldódnak az alapfémben, hogy bizonyos fokú rácstorzulást okozzanak, és ezáltal növeljék az ötvözet szilárdságát.

2. Alapelv

A szilárd oldatban oldott anyag atomjai rácstorzulást okoznak, ami növeli a diszlokációs mozgás ellenállását, megnehezíti a csúszást, növeli az ötvözött szilárd oldat szilárdságát és keménységét.Ezt a jelenséget, amikor a fémet egy bizonyos oldott elem feloldásával szilárd oldattá erősítik, szilárd oldatos erősítésnek nevezik.Ha az oldott atomok koncentrációja megfelelő, akkor az anyag szilárdsága és keménysége növelhető, szívóssága és plaszticitása viszont csökkent.

3. Befolyásoló tényezők

Minél nagyobb az oldott atomok atomfrakciója, annál nagyobb az erősítő hatás, különösen, ha az atomfrakció nagyon alacsony, az erősítő hatás jelentősebb.

Minél nagyobb a különbség az oldott anyag atomjai és az alapfém atommérete között, annál nagyobb az erősítő hatás.

Az intersticiális oldott atomok nagyobb szilárd oldatot erősítő hatást fejtenek ki, mint a helyettesítő atomok, és mivel a testközéppontú köbös kristályok intersticiális atomjainak rácstorzulása aszimmetrikus, erősítő hatásuk nagyobb, mint az arcközpontú köbös kristályoké;de intersticiális atomok A szilárdanyag oldhatósága nagyon korlátozott, így a tényleges erősítő hatás is korlátozott.

Minél nagyobb a vegyértékelektronok számának különbsége az oldott anyag atomjai és az alapfém között, annál szembetűnőbb a szilárd oldatot erősítő hatás, vagyis a vegyértékelektronkoncentráció növekedésével nő a szilárd oldat folyáshatára.

4. A szilárd oldat szilárdságának mértéke elsősorban a következő tényezőktől függ

A mátrix atomjai és az oldott anyag atomjai közötti méretkülönbség.Minél nagyobb a méretkülönbség, annál nagyobb az interferencia az eredeti kristályszerkezetben, és annál nehezebb a diszlokáció elcsúszása.

Az ötvöző elemek mennyisége.Minél több ötvözőelemet adunk hozzá, annál nagyobb az erősítő hatás.Ha túl sok atom túl nagy vagy túl kicsi, az oldhatóság túllép.Ez egy másik erősítő mechanizmust foglal magában, a szórt fázisú erősítést.

Az intersticiális oldott atomok nagyobb szilárd oldaterősítő hatással bírnak, mint a helyettesítő atomok.

Minél nagyobb a különbség a vegyértékelektronok számában az oldott anyag atomjai és az alapfém között, annál jelentősebb a szilárd oldatot erősítő hatás.

5. Hatás

A folyáshatár, a szakítószilárdság és a keménység erősebb, mint a tiszta fémek;

A legtöbb esetben a rugalmasság alacsonyabb, mint a tiszta fémé;

A vezetőképesség sokkal alacsonyabb, mint a tiszta fém;

A kúszásállóság, vagy magas hőmérsékleten bekövetkező szilárdságvesztés javítható szilárd oldatos erősítéssel.

Munka keményedés

1. Meghatározás

A hideg deformáció mértékének növekedésével a fémanyagok szilárdsága és keménysége nő, de a plaszticitás és a szívósság csökken.

2. Bevezetés

Olyan jelenség, amelyben a fémanyagok szilárdsága és keménysége az átkristályosodási hőmérséklet alatt plasztikus deformáció esetén nő, miközben a plaszticitás és a szívósság csökken.Más néven hidegmunka keményedés.Ennek az az oka, hogy a fém plasztikus deformációja során a kristályszemcsék megcsúsznak, és a diszlokációk összegabalyodnak, ami a kristályszemcsék megnyúlását, törését, rostosodását okozza, és a fémben maradó feszültségek keletkeznek.A munkakeményedés mértékét általában a felületi réteg feldolgozás utáni mikrokeménységének és feldolgozás előtti mikrokeménységének arányával, valamint az edzett réteg mélységével fejezzük ki.

3. Értelmezés a diszlokációelmélet szemszögéből

(1) A diszlokációk között metszés történik, és az ebből eredő vágások akadályozzák a diszlokációk mozgását;

(2) A diszlokációk között reakció lép fel, és a kialakult rögzített diszlokáció akadályozza a diszlokáció mozgását;

(3) Megtörténik a diszlokációk elszaporodása, a diszlokációsűrűség növekedése tovább növeli a diszlokációmozgással szembeni ellenállást.

4. Kár

A munkaedzés megnehezíti a fémalkatrészek további feldolgozását.Például az acéllemez hideghengerlése során egyre nehezebb lesz a hengerlés, ezért a feldolgozási folyamat során közbenső izzítást kell végezni, hogy kiküszöböljük a hevítés általi munkakeményedést.Egy másik példa a munkadarab felületének törékennyé és keménysé tétele a vágási folyamat során, ezáltal felgyorsítva a szerszámkopást és növelve a forgácsolóerőt.

5. Előnyök

Javíthatja a fémek szilárdságát, keménységét és kopásállóságát, különösen azon tiszta fémek és bizonyos ötvözetek esetében, amelyek hőkezeléssel nem javíthatók.Például a hidegen húzott nagy szilárdságú acélhuzal és a hidegen tekercselt rugó stb. hidegmegmunkálási alakváltozást alkalmaz szilárdságának és rugalmassági határának javítása érdekében.Egy másik példa a munkaedzés alkalmazása a tartályok, traktorlánctalpok, zúzópofák és vasúti kitérők keménységének és kopásállóságának javítására.

6. Szerep a gépészetben

Hideghúzás, hengerlés és lövöldözés (lásd felületerősítés) és egyéb eljárások után a fémanyagok, alkatrészek és alkatrészek felületi szilárdsága jelentősen javítható;

Az alkatrészek igénybevétele után bizonyos alkatrészek helyi feszültsége gyakran meghaladja az anyag folyáshatárát, ami képlékeny deformációt okoz.A megmunkálási keményedés miatt a képlékeny alakváltozás folyamatos kialakulása korlátozott, ami javíthatja az alkatrészek és alkatrészek biztonságát;

Egy fém alkatrész vagy alkatrész bélyegzésekor a képlékeny alakváltozása erősödéssel jár együtt, így az alakváltozás átkerül a körülötte lévő megmunkálatlan edzett részre.Ilyen ismételt váltakozó műveletek után egyenletes keresztmetszeti alakváltozású hidegsajtolású alkatrészeket lehet előállítani;

Javíthatja az alacsony széntartalmú acél vágási teljesítményét, és megkönnyíti a forgácsok szétválasztását.De a munkaedzés a fémalkatrészek további feldolgozását is megnehezíti.Például a hidegen húzott acélhuzal a munkakeményedés miatt sok energiát fogyaszt a további húzáshoz, és akár el is törhet.Ezért a rajzolás előtt izzítani kell, hogy megszüntesse a munkakeményedést.Egy másik példa, hogy annak érdekében, hogy a vágás során a munkadarab felülete törékennyé és keménysé váljon, az újravágás során megnövelik a forgácsolóerőt, és felgyorsítják a szerszámkopást.

Finomszemcsés erősítés

1. Meghatározás

A fémanyagok mechanikai tulajdonságainak a kristályszemcsék finomításával történő javításának módszerét kristályfinomító erősítésnek nevezzük.Az iparban az anyag szilárdságát a kristályszemcsék finomításával javítják.

2. Alapelv

A fémek általában sok kristályszemcséből álló polikristályok.A kristályszemcsék mérete az egységnyi térfogatra jutó kristályszemcsék számával fejezhető ki.Minél több a szám, annál finomabbak a kristályszemcsék.A kísérletek azt mutatják, hogy a finomszemcsés fémek szobahőmérsékleten nagyobb szilárdsággal, keménységgel, plaszticitással és szívóssággal rendelkeznek, mint a durva szemcsés fémek.Ennek az az oka, hogy a finom szemcsék külső erő hatására képlékeny alakváltozáson mennek keresztül, és több szemcsében diszpergálhatók, a képlékeny alakváltozás egyenletesebb, és a feszültségkoncentráció kisebb;ráadásul minél finomabbak a szemcsék, annál nagyobb a szemcsehatár területe és annál kanyargósabb a szemcsehatár.Minél kedvezőtlenebb a repedések terjedése.Ezért az iparban szemcsefinomítás-erősítésnek nevezik azt a módszert, amellyel az anyag szilárdságát a kristályszemcsék finomításával javítják.

3. Hatás

Minél kisebb a szemcseméret, annál kisebb a diszlokációk száma (n) a diszlokációklaszterben.τ=nτ0 szerint minél kisebb a feszültségkoncentráció, annál nagyobb az anyag szilárdsága;

A finomszemcsés erősítés erősítési törvénye az, hogy minél több a szemcsehatár, annál finomabbak a szemcsék.A Hall-Peiqi összefüggés szerint minél kisebb a szemcsék átlagértéke (d), annál nagyobb az anyag folyáshatára.

4. A szemcsefinomítás módja

Növelje a túlhűtés mértékét;

Leromlás kezelése;

Rezgés és keverés;

A hidegen deformált fémek esetében a kristályszemcséket az alakváltozás mértékének és az izzítási hőmérséklet szabályozásával lehet finomítani.

Második fázis megerősítése

1. Meghatározás

Az egyfázisú ötvözetekhez képest a többfázisú ötvözeteknek a mátrixfázis mellett van egy második fázisa is.Ha a második fázis egyenletesen eloszlik a mátrix fázisban finom diszpergált részecskékkel, akkor jelentős erősítő hatása lesz.Ezt az erősítő hatást nevezzük második fázis erősítésnek.

2. Osztályozás

A diszlokációk mozgásához az ötvözetben lévő második fázis a következő két helyzettel rendelkezik:

(1) Nem deformálódó részecskék megerősítése (bypass mechanizmus).

(2) A deformálható részecskék megerősítése (átvágási mechanizmus).

Mind a diszperziós erősítés, mind a csapadékerősítés a második fázis erősítésének speciális esetei.

3. Hatás

A második fázis megerősödésének fő oka a köztük és a diszlokáció közötti kölcsönhatás, amely akadályozza a diszlokáció mozgását és javítja az ötvözet deformációs ellenállását.

Összefoglalva

A szilárdságot befolyásoló legfontosabb tényezők magának az anyagnak az összetétele, szerkezete és felületi állapota;a második az erő állapota, például az erő sebessége, a terhelés módja, az egyszerű nyújtás vagy az ismételt erő, különböző erősségeket fog mutatni;Ezen túlmenően a minta geometriája és mérete, valamint a vizsgálati közeg is nagy befolyással bír, esetenként akár meghatározó is.Például az ultranagy szilárdságú acél szakítószilárdsága hidrogénatmoszférában exponenciálisan csökkenhet.

A fémanyagok megerősítésének csak két módja van.Az egyik az ötvözet atomközi kötőerejének növelése, elméleti szilárdságának növelése és egy komplett kristály elkészítése hibák, például bajusz nélkül.Ismeretes, hogy a vasbajusz szilárdsága megközelíti az elméleti értéket.Feltételezhető, hogy ennek oka az, hogy a bajuszokban nincsenek, vagy csak kismértékben vannak olyan diszlokációk, amelyek a deformációs folyamat során nem tudnak elszaporodni.Sajnos, ha a bajusz átmérője nagyobb, az erőssége meredeken csökken.Egy másik erősítő megközelítés, hogy nagyszámú kristályhibát viszünk be a kristályba, mint például diszlokációk, ponthibák, heterogén atomok, szemcsehatárok, erősen diszpergált részecskék vagy inhomogenitások (például szegregáció), stb. Ezek a hibák akadályozzák a diszlokációk mozgását, ill. is jelentősen javítja a fém szilárdságát.A tények bebizonyították, hogy ez a leghatékonyabb módja a fémek szilárdságának növelésének.Mérnöki anyagok esetében általában átfogó erősítő hatások révén érhető el a jobb átfogó teljesítmény.