Szilárd oldat erősítése

1. Meghatározás

Olyan jelenség, amelyben az ötvözőelemek az alapfémben oldva bizonyos mértékű rácstorzulást okoznak, és így növelik az ötvözet szilárdságát.

2. Alapelv

A szilárd oldatban oldott oldott atomok rácstorzulást okoznak, ami növeli a diszlokáció mozgásának ellenállását, megnehezíti a csúszást, és növeli az ötvözet szilárd oldatának szilárdságát és keménységét. A fém megerősítésének ezt a jelenségét egy bizonyos oldott elem feloldásával szilárd oldat képződése céljából szilárd oldat erősítésének nevezzük. Amikor az oldott atomok koncentrációja megfelelő, az anyag szilárdsága és keménysége növelhető, de szívóssága és képlékenysége csökken.

3. Befolyásoló tényezők

Minél nagyobb az oldott atomok atomaránya, annál nagyobb az erősítő hatás, különösen akkor, ha az atomarány 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 oldat-erősítő hatással rendelkeznek, mint a helyettesítő atomok, és mivel a testközpontú köbös kristályokban az intersticiális atomok rácstorzulása aszimmetrikus, erősítő hatásuk nagyobb, mint a lapközpontú köbös kristályoké; de az intersticiális atomok szilárd oldatban való 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 nyilvánvalóbb a szilárd oldat erősítő hatása, azaz a szilárd oldat folyáshatára a vegyértékelektron-koncentráció növekedésével növekszik.

4. A szilárd oldat erősödésének mértéke főként a következő tényezőktől függ

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

Az ötvözőelemek mennyisége. Minél több ötvözőelemet adunk hozzá, annál nagyobb az erősítő hatás. Ha túl sok atom túl nagy vagy túl kicsi, az oldhatóság túllépi az előírt értéket. Ez egy másik erősítő mechanizmust, a diszperz fázisú erősítést foglal magában.

Az intersticiális oldott atomok nagyobb szilárd oldat-erősítő hatással rendelkeznek, mint a helyettesítő atomok.

Minél nagyobb a vegyértékelektronok számának különbsége 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 fémeké;

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

A vezetőképesség sokkal alacsonyabb, mint a tiszta fémé;

A kúszási ellenállás, vagyis a magas hőmérsékleten bekövetkező szilárdságveszteség, szilárd oldatos erősítéssel javítható.

Munkaedzés

1. Meghatározás

A hidegdeformáció mértékének növekedésével a fémes anyagok szilárdsága és keménysége nő, de a képlékenységük és szívósságuk csökken.

2. Bevezetés

Olyan jelenség, amelyben a fémes anyagok szilárdsága és keménysége megnő, amikor az átkristályosodási hőmérséklet alatt képlékeny alakváltozásnak vannak kitéve, míg képlékenységük és szívósságuk csökken. Hideg alakítási keményedésnek is nevezik. Ennek az az oka, hogy amikor a fém képlékeny alakváltozásnak van kitéve, a kristályszemcsék elcsúsznak és a diszlokációk összefonódnak, ami a kristályszemcsék megnyúlását, törését és szálasodását okozza, és a fémben maradékfeszültségek keletkeznek. A feszültségmentesítés mértékét általában a felületi réteg megmunkálás utáni és megmunkálás előtti mikrokeménységének, valamint a megkeményedett réteg vastagságának arányával fejezik ki.

3. Értelmezés a diszlokációelmélet szemszögéből

(1) A diszlokációk között metszéspont keletkezik, és az ebből adódó bevágások akadályozzák a diszlokációk mozgását;

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

(3) A diszlokációk szaporodása következik be, és a diszlokációsűrűség növekedése tovább növeli a diszlokáció mozgásával szembeni ellenállást.

4. Kár

A hideghengerlés nehézségeket okoz a fém alkatrészek további feldolgozásában. Például az acéllemez hideghengerlése során az egyre nehezebbé válik a hengerlés, ezért a feldolgozási folyamat során közbenső lágyítást kell alkalmazni, hogy kiküszöböljük a melegítéssel történő hidegedését. Egy másik példa a munkadarab felületének rideggé és keménnyé tétele a forgácsolási folyamat során, ezáltal felgyorsítva a szerszámkopást és növelve a forgácsolóerőt.

5. Előnyök

Javíthatja a fémek szilárdságát, keménységét és kopásállóságát, különösen azoknál a tiszta fémeknél és bizonyos ötvözeteknél, amelyeket hőkezeléssel nem lehet javítani. Például a hidegen húzott, nagy szilárdságú acélhuzal és a hidegen tekercselt rugó stb. hidegalakítással javítja szilárdságát és rugalmassági határát. Egy másik példa a feszültségedzés alkalmazása tartályok, traktorpályák, zúzópofák és vasúti váltókarok keménységének és kopásállóságának javítására.

6. Szerepe a gépészetben

A hideghúzás, hengerlés és sörétezés (lásd felületerősítés) és egyéb eljárások után a fémanyagok, alkatrészek és részegységek felületi szilárdsága jelentősen javítható;

Miután az alkatrészeket feszültség éri, bizonyos alkatrészek lokális feszültsége gyakran meghaladja az anyag folyáshatárát, ami képlékeny alakváltozást okoz. A feszültségingadozás miatt a képlékeny alakváltozás további fejlődése korlátozott, ami javíthatja az alkatrészek és részegységek biztonságát;

Amikor egy fém alkatrészt vagy komponenst sajtolnak, a képlékeny alakváltozása erősödéssel jár, így az alakváltozás átkerül a körülötte lévő megmunkálatlan, edzett alkatrészre. Az ilyen ismételt váltakozó műveletek után egyenletes keresztmetszeti alakváltozású hidegsajtolással előállíthatók alkatrészek;

Javíthatja az alacsony széntartalmú acél vágási teljesítményét, és megkönnyítheti a forgácsok leválasztását. A hidegen húzott acélhuzal a további nyújtás során azonban nehézségeket okoz a hidegen húzott acélhuzal a hidegen húzott keményedés miatt sok energiát fogyaszt a további nyújtás, sőt akár el is törhet. Ezért húzás előtt lágyítani kell a hidegen húzott acélhuzalt a hidegen húzás kiküszöbölése érdekében. Egy másik példa, hogy a munkadarab felületének forgácsolás közbeni rideggé és keményré tétele érdekében az újraforgácsolás során megnövelik a forgácsolóerőt, és felgyorsul a szerszámkopás.

Finomszemcsés erősítés

1. Meghatározás

A fémes anyagok mechanikai tulajdonságainak javítására szolgáló eljárást a kristályszemcsék finomításával kristályfinomításos erősítésnek nevezik. Az iparban az anyag szilárdságát a kristályszemcsék finomításával javítják.

2. Alapelv

A fémek általában sok kristályszemcséből álló polikristályok. A kristályszemcsék mérete a térfogategységre jutó kristályszemcsék számával fejezhető ki. Minél nagyobb a szám, annál finomabbak a kristályszemcsék. A kísérletek azt mutatják, hogy a finomszemcsés fémek szobahőmérsékleten nagyobb szilárdsággal, keménységgel, képlékenységgel és szívóssággal rendelkeznek, mint a durvaszemcsés fémek. Ez azért van, mert a finom szemcsék külső erő hatására képlékeny alakváltozáson mennek keresztül, és több szemcsében diszpergálhatók, a képlékeny alakváltozás egyenletesebb, és a feszültségkoncentráció kisebb; továbbá minél finomabbak a szemcsék, annál nagyobb a szemcsehatár-terület és annál kanyargósabbak a szemcsehatárok. Annál kedvezőtlenebb a repedések terjedése. Ezért az anyag szilárdságának a kristályszemcsék finomításával történő javítását az iparban szemcsefinomítási erősítésnek nevezik.

3. Hatás

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

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

4. A szemcsefinomítás módszere

Növelje az utóhűtés mértékét;

Romláskezelés;

Rezgés és keverés;

Hidegen deformált fémek esetében a kristályszemcsék finomíthatók a deformáció mértékének és a lágyítási hőmérsékletnek a szabályozásával.

Második fázisú megerősítés

1. Meghatározás

Az egyfázisú ötvözetekkel összehasonlítva a többfázisú ötvözetek a mátrixfázis mellett egy második fázissal is rendelkeznek. Amikor a második fázis egyenletesen oszlik el a mátrixfázisban finom diszpergált részecskékkel, jelentős erősítő hatása lesz. Ezt az erősítő hatást második fázisú erősítő hatásnak nevezik.

2. Osztályozás

A diszlokációk mozgása szempontjából az ötvözetben található második fázis a következő két helyzetben van:

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

(2) Deformálható részecskék megerősítése (átvágó mechanizmus).

Mind a diszperziós, mind a csapadékos erősödés a második fázisú erősödés speciális esetei.

3. Hatás

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

összefoglalni

A szilárdságot befolyásoló legfontosabb tényezők az anyag összetétele, szerkezete és felületi állapota; a második az erőállapot, például az erő sebessége, a terhelés módja, egyszerű nyújtás vagy ismételt erőhatás, eltérő szilárdságot mutat; Ezenkívül a minta geometriája és mérete, valamint a vizsgálati közeg is nagy hatással van, néha akár döntő is. Például az ultra nagy szilárdságú acél szakítószilárdsága hidrogénatmoszférában exponenciálisan csökkenhet.

A fémes anyagok megerősítésének csak két módja van. Az egyik az ötvözet atomok közötti kötési erejének növelése, az elméleti szilárdságának növelése, és egy teljes kristály létrehozása hibák, például tűszálak nélkül. Ismert, hogy a vas tűszálak szilárdsága közel van az elméleti értékhez. Feltételezhető, hogy ez azért van, mert a tűszálakban nincsenek diszlokációk, vagy csak kis mennyiségű diszlokáció van, amelyek nem tudnak szaporodni az alakváltozási folyamat során. Sajnos, ha a tűszál átmérője nagyobb, a szilárdság meredeken csökken. Egy másik megerősítési megközelítés az, hogy nagyszámú kristályhibát visznek be a kristályba, például diszlokációkat, ponthibákat, heterogén atomokat, szemcsehatárokat, erősen diszpergált részecskéket vagy inhomogenitásokat (például szegregációt) stb. Ezek a hibák akadályozzák a diszlokációk mozgását, és jelentősen javítják a fém szilárdságát is. Tények bizonyítják, hogy ez a leghatékonyabb módja a fémek szilárdságának növelésének. A mérnöki anyagok esetében általában átfogó erősítő hatásokon keresztül lehet jobb átfogó teljesítményt elérni.