Enfortiment de la solució sòlida

1. Definició

Fenomen en què els elements d'aliatge es dissolen en el metall base per provocar un cert grau de distorsió de la gelosia i augmentar així la resistència de l'aliatge.

2. Principi

Els àtoms de solut dissolts a la solució sòlida provoquen una distorsió de la gelosia, la qual cosa augmenta la resistència al moviment de dislocació, dificulta el lliscament i augmenta la força i la duresa de la solució sòlida d'aliatge. Aquest fenomen d'enfortiment del metall mitjançant la dissolució d'un determinat element solut per formar una solució sòlida s'anomena enfortiment de la solució sòlida. Quan la concentració d'àtoms de solut és adequada, es pot augmentar la força i la duresa del material, però la seva duresa i plasticitat han disminuït.

3. Factors que influeixen

Com més gran sigui la fracció atòmica dels àtoms de solut, més gran serà l'efecte d'enfortiment, especialment quan la fracció atòmica és molt baixa, l'efecte d'enfortiment és més significatiu.

Com més gran sigui la diferència entre els àtoms de solut i la mida atòmica del metall base, més gran serà l'efecte d'enfortiment.

Els àtoms de solut intersticial tenen un efecte d'enfortiment de la solució sòlida més gran que els àtoms de substitució, i com que la distorsió de la xarxa dels àtoms intersticials en cristalls cúbics centrats en el cos és asimètrica, el seu efecte d'enfortiment és més gran que el dels cristalls cúbics centrats en la cara; però àtoms intersticials La solubilitat sòlida és molt limitada, de manera que l'efecte real d'enfortiment també és limitat.

Com més gran és la diferència en el nombre d'electrons de valència entre els àtoms de solut i el metall base, més evident és l'efecte d'enfortiment de la solució sòlida, és a dir, la força de fluència de la solució sòlida augmenta amb l'augment de la concentració d'electrons de valència.

4. El grau d'enfortiment de la solució sòlida depèn principalment dels factors següents

La diferència de mida entre els àtoms de la matriu i els àtoms de solut. Com més gran sigui la diferència de mida, més gran serà la interferència amb l'estructura de cristall original i més difícil serà el lliscament de la luxació.

La quantitat d'elements d'aliatge. Com més elements d'aliatge s'afegeixin, més gran serà l'efecte de reforç. Si massa àtoms són massa grans o massa petits, es superarà la solubilitat. Això implica un altre mecanisme d'enfortiment, l'enfortiment de la fase dispersa.

Els àtoms de solut intersticial tenen un efecte de reforç de la solució sòlida més gran que els àtoms de substitució.

Com més gran sigui la diferència en el nombre d'electrons de valència entre els àtoms de solut i el metall base, més significatiu serà l'efecte d'enfortiment de la solució sòlida.

5. Efecte

El rendiment, la resistència a la tracció i la duresa són més forts que els metalls purs;

En la majoria dels casos, la ductilitat és inferior a la del metall pur;

La conductivitat és molt inferior a la del metall pur;

La resistència a la fluència, o la pèrdua de força a altes temperatures, es pot millorar mitjançant l'enfortiment de la solució sòlida.

Enduriment del treball

1. Definició

A mesura que augmenta el grau de deformació en fred, la resistència i la duresa dels materials metàl·lics augmenten, però la plasticitat i la duresa disminueixen.

2. Introducció

Fenomen en què la resistència i la duresa dels materials metàl·lics augmenten quan es deformen plàsticament per sota de la temperatura de recristal·lització, mentre que la plasticitat i la duresa disminueixen. També conegut com a enduriment per treball en fred. La raó és que quan el metall es deforma plàsticament, els grans de cristall llisquen i les dislocacions s'entrellacen, la qual cosa fa que els grans de cristall s'allargan, trenquin i es fibrin i es generin tensions residuals al metall. El grau d'enduriment per treball normalment s'expressa per la relació entre la microduresa de la capa superficial després del processament i la d'abans del processament i la profunditat de la capa endurida.

3. Interpretació des de la perspectiva de la teoria de la luxació

(1) La intersecció es produeix entre dislocacions i els talls resultants dificulten el moviment de les luxacions;

(2) Es produeix una reacció entre luxacions, i la luxació fixa formada dificulta el moviment de la luxació;

(3) Es produeix la proliferació de dislocacions i l'augment de la densitat de la luxació augmenta encara més la resistència al moviment de la luxació.

4. Dany

L'enduriment per treball comporta dificultats per al processament posterior de peces metàl·liques. Per exemple, en el procés de laminació en fred de la placa d'acer, cada cop serà més difícil de rodar, per la qual cosa és necessari organitzar un recuit intermedi durant el procés de processament per eliminar el seu enduriment per escalfament. Un altre exemple és fer que la superfície de la peça sigui fràgil i dura en el procés de tall, accelerant així el desgast de l'eina i augmentant la força de tall.

5. Beneficis

Pot millorar la resistència, la duresa i la resistència al desgast dels metalls, especialment per als metalls purs i determinats aliatges que no es poden millorar amb tractament tèrmic. Per exemple, el filferro d'acer d'alta resistència estirat en fred i la molla enrotllada en fred, etc., utilitzen la deformació de treball en fred per millorar la seva resistència i el límit elàstic. Un altre exemple és l'ús de l'enduriment per treball per millorar la duresa i la resistència al desgast dels dipòsits, les vies del tractor, les mandíbules de la trituradora i els desviaments ferroviaris.

6. Paper en l'enginyeria mecànica

Després d'estirar en fred, laminar i granallar (vegeu enfortiment de la superfície) i altres processos, la resistència superficial dels materials, peces i components metàl·lics es pot millorar significativament;

Després de l'esforç de les peces, la tensió local de determinades peces sovint supera el límit de rendiment del material, provocant una deformació plàstica. A causa de l'enduriment del treball, el desenvolupament continuat de la deformació plàstica està restringit, cosa que pot millorar la seguretat de peces i components;

Quan s'estampa una peça o component metàl·lic, la seva deformació plàstica s'acompanya d'un enfortiment, de manera que la deformació es transfereix a la part endurida sense treballar al seu voltant. Després d'aquestes accions alternes repetides, es poden obtenir peces d'estampació en fred amb una deformació de secció transversal uniforme;

Pot millorar el rendiment de tall de l'acer baix en carboni i facilitar la separació de les fitxes. Però l'enduriment per treball també comporta dificultats per al processament posterior de peces metàl·liques. Per exemple, el filferro d'acer estirat en fred consumeix molta energia per a l'estirament posterior a causa de l'enduriment, i fins i tot es pot trencar. Per tant, s'ha de recuit per eliminar l'enduriment per treball abans d'estirar. Un altre exemple és que per tal de fer que la superfície de la peça sigui trencadissa i dura durant el tall, la força de tall s'incrementa durant el retall i el desgast de l'eina s'accelera.

Enfortiment de gra fi

1. Definició

El mètode per millorar les propietats mecàniques dels materials metàl·lics mitjançant l'afinació dels grans de cristall s'anomena reforç de refinació de cristall. A la indústria, la resistència del material es millora per refinar els grans de cristall.

2. Principi

Els metalls solen ser policristalls composts per molts grans de cristall. La mida dels grans de cristall es pot expressar pel nombre de grans de cristall per unitat de volum. Com més nombre sigui, més fins són els grans de cristall. Els experiments mostren que els metalls de gra fi a temperatura ambient tenen major resistència, duresa, plasticitat i tenacitat que els metalls de gra gruixut. Això es deu al fet que els grans fins pateixen una deformació plàstica per força externa i es poden dispersar en més grans, la deformació plàstica és més uniforme i la concentració d'estrès és menor; a més, com més fins són els grans, més gran és l'àrea de límit de gra i els límits de gra més tortuosos. Com més desfavorable sigui la propagació de les esquerdes. Per tant, el mètode per millorar la resistència del material per refinar els grans de cristall s'anomena reforç de refinament de gra a la indústria.

3. Efecte

Com més petita sigui la mida del gra, menor serà el nombre de dislocacions (n) al cúmul de dislocacions. Segons τ=nτ0, com més petita és la concentració de tensió, més gran és la resistència del material;

La llei d'enfortiment de l'enfortiment de gra fi és que com més límits de gra, més fins són els grans. D'acord amb la relació Hall-Peiqi, com més petit és el valor mitjà (d) dels grans, més gran és la resistència a la fluència del material.

4. El mètode de refinament del gra

Augmentar el grau de subrefredament;

Tractament de deteriorament;

Vibració i agitació;

Per als metalls deformats en fred, els grans de cristall es poden refinar controlant el grau de deformació i la temperatura de recuit.

Segona fase de reforç

1. Definició

En comparació amb els aliatges monofàsics, els aliatges multifàsics tenen una segona fase a més de la fase matriu. Quan la segona fase es distribueix uniformement a la fase de la matriu amb partícules fines disperses, tindrà un efecte d'enfortiment significatiu. Aquest efecte d'enfortiment s'anomena enfortiment de la segona fase.

2. Classificació

Per al moviment de dislocacions, la segona fase continguda en l'aliatge té les dues situacions següents:

(1) Reforç de partícules no deformables (mecanisme de bypass).

(2) Reforç de partícules deformables (mecanisme de tall).

Tant l'enfortiment de la dispersió com l'enfortiment de la precipitació són casos especials d'enfortiment de la segona fase.

3. Efecte

El motiu principal de l'enfortiment de la segona fase és la interacció entre ells i la dislocació, que dificulta el moviment de la dislocació i millora la resistència a la deformació de l'aliatge.

per resumir

Els factors més importants que afecten la resistència són la composició, l'estructura i l'estat superficial del propi material; el segon és l'estat de força, com ara la velocitat de la força, el mètode de càrrega, l'estirament simple o la força repetida, mostrarà diferents forces; A més, la geometria i la mida de la mostra i el medi de prova també tenen una gran influència, de vegades fins i tot decisiva. Per exemple, la resistència a la tracció de l'acer d'alta resistència en una atmosfera d'hidrogen pot baixar de manera exponencial.

Només hi ha dues maneres d'enfortir els materials metàl·lics. Un és augmentar la força d'enllaç interatòmic de l'aliatge, augmentar la seva resistència teòrica i preparar un cristall complet sense defectes, com ara bigotis. Se sap que la força dels bigotis de ferro és propera al valor teòric. Es pot considerar que això es deu al fet que no hi ha dislocacions en els bigotis, o només una petita quantitat de luxacions que no poden proliferar durant el procés de deformació. Malauradament, quan el diàmetre del bigoti és més gran, la força disminueix bruscament. Un altre enfocament d'enfortiment és introduir un gran nombre de defectes del cristall al cristall, com ara dislocacions, defectes puntuals, àtoms heterogenis, límits de gra, partícules molt disperses o inhomogeneïtats (com la segregació), etc. Aquests defectes dificulten el moviment de dislocacions i També millora significativament la resistència del metall. Els fets han demostrat que aquesta és la manera més eficaç d'augmentar la resistència dels metalls. Per als materials d'enginyeria, generalment es fa mitjançant efectes d'enfortiment complets per aconseguir un millor rendiment integral.