Умацаванне цвёрдага раствора

1. Вызначэнне

З'ява, пры якой легіруючыя элементы раствараюцца ў асноўным метале, выклікаючы пэўную ступень скажэння рашоткі і тым самым павялічваючы трываласць сплаву.

2. Прынцып

Атамы растворанага рэчыва, раствораныя ў цвёрдым растворы, выклікаюць скажэнне рашоткі, што павялічвае супраціўленне руху дыслакацый, абцяжарвае слізганне і павялічвае трываласць і цвёрдасць цвёрдага раствора сплаву. Гэта з'ява ўмацавання металу шляхам растварэння пэўнага растворанага элемента з утварэннем цвёрдага раствора называецца ўмацаваннем цвёрдага раствора. Пры адпаведнай канцэнтрацыі атамаў растворанага рэчыва трываласць і цвёрдасць матэрыялу могуць быць павялічаны, але яго глейкасць і пластычнасць зніжаюцца.

3. Фактары ўплыву

Чым вышэйшая атамная доля раствораных атамаў, тым большы эфект умацавання, асабліва калі атамная доля вельмі нізкая, эфект умацавання больш значны.

Чым большая розніца паміж атамамі растворанага рэчыва і памерам атамаў асноўнага металу, тым большы эфект умацавання.

Атамы раствораных рэчываў у міжвузлавых растворах маюць большы эфект умацавання цвёрдага раствора, чым атамы замяшчэння, і паколькі скажэнне рашоткі міжвузлавых атамаў у аб'ёмна-цэнтраваных кубічных крышталях асіметрычнае, іх эфект умацавання большы, чым у гранецэнтраваных кубічных крышталях; але растваральнасць у цвёрдым растворы ў міжвузлавых атамах вельмі абмежаваная, таму фактычны эфект умацавання таксама абмежаваны.

Чым большая розніца ў колькасці валентных электронаў паміж атамамі растворанага рэчыва і асноўным металам, тым больш відавочны эфект умацавання цвёрдага раствора, гэта значыць мяжа цякучасці цвёрдага раствора павялічваецца са павелічэннем канцэнтрацыі валентных электронаў.

4. Ступень умацавання цвёрдага раствора ў асноўным залежыць ад наступных фактараў

Розніца ў памерах паміж атамамі матрыцы і атамамі растворанага рэчыва. Чым большая розніца ў памерах, тым большае ўмяшанне ў зыходную крышталічную структуру і тым цяжэйшае зрушэнне дыслакацый.

Колькасць легіруючых элементаў. Чым больш легіруючых элементаў дададзена, тым большы эфект умацавання. Калі занадта шмат атамаў занадта вялікія або занадта малыя, растваральнасць будзе перавышана. Гэта ўключае ў сябе іншы механізм умацавання — умацаванне дысперснай фазы.

Атамы раствораных рэчываў у міжпрамежкавых прамежках маюць большы эфект умацавання цвёрдага раствора, чым атамы-замяшчальнікі.

Чым большая розніца ў колькасці валентных электронаў паміж атамамі растворанага рэчыва і асноўным металам, тым больш значны эфект умацавання цвёрдага раствора.

5. Эфект

Мяжа цякучасці, трываласць на разрыў і цвёрдасць мацнейшыя, чым у чыстых металаў;

У большасці выпадкаў пластычнасць ніжэйшая, чым у чыстага металу;

Праводнасць значна ніжэйшая, чым у чыстага металу;

Супраціўленне паўзучасці, або страта трываласці пры высокіх тэмпературах, можа быць палепшана шляхам умацавання цвёрдым растворам.

Дэфармацыйнае ўмацаванне

1. Вызначэнне

Па меры павелічэння ступені халоднай дэфармацыі трываласць і цвёрдасць металічных матэрыялаў павялічваюцца, але пластычнасць і глейкасць памяншаюцца.

2. Уводзіны

З'ява, пры якой трываласць і цвёрдасць металічных матэрыялаў павялічваюцца пры іх пластычнай дэфармацыі ніжэй за тэмпературу перакрышталізацыі, у той час як пластычнасць і глейкасць памяншаюцца. Таксама вядома як халоднае наклейванне. Прычына ў тым, што пры пластычнай дэфармацыі металу крышталічныя зерні слізгаюць, а дыслакацыі заблытваюцца, што прыводзіць да падаўжэння, разрыву і валакністасці крышталічныя зерні, а таксама да ўзнікнення рэшткавых напружанняў у метале. Ступень наклейвання звычайна выражаецца суадносінамі мікрацвёрдасці павярхоўнага пласта пасля апрацоўкі да мікрацвёрдасці да апрацоўкі і глыбінёй загартаванага пласта.

3. Інтэрпрэтацыя з пункту гледжання тэорыі дыслакацый

(1) Паміж дыслакацыямі адбываецца перасячэнне, і ўтвараюцца разрэзы, якія перашкаджаюць руху дыслакацый;

(2) Паміж дыслакацыямі ўзнікае рэакцыя, і ўтвораная фіксаваная дыслакацыя перашкаджае яе руху;

(3) Адбываецца распаўсюджванне дыслакацый, і павелічэнне шчыльнасці дыслакацый яшчэ больш павялічвае супраціўленне руху дыслакацый.

4. Шкода

Умацаванне сталёвай пласціны стварае цяжкасці пры далейшай апрацоўцы металічных дэталяў. Напрыклад, у працэсе халоднай пракаткі сталёвая пласціна становіцца ўсё цяжэйшай для пракаткі, таму неабходна арганізаваць прамежкавы адпал падчас працэсу апрацоўкі, каб выключыць яе ўмацаванне пры награванні. Іншы прыклад - зрабіць паверхню апрацоўванай дэталі далікатнай і цвёрдай у працэсе рэзання, тым самым паскараючы знос інструмента і павялічваючы сілу рэзання.

5. Перавагі

Гэта можа палепшыць трываласць, цвёрдасць і зносаўстойлівасць металаў, асабліва тых чыстых металаў і некаторых сплаваў, якія нельга палепшыць тэрмічнай апрацоўкай. Напрыклад, халоднацягнуты высокатрывалы сталёвы дрот і халоднакручаныя спружыны і г.д. выкарыстоўваюць халодную дэфармацыю для павышэння трываласці і мяжы пругкасці. Іншым прыкладам з'яўляецца выкарыстанне ўмацавання для павышэння цвёрдасці і зносаўстойлівасці рэзервуараў, трактарных пуцей, шчэпак драбнілак і чыгуначных стрэлак.

6. Роля ў машынабудаванні

Пасля халоднага валачэння, пракаткі і дробеструйнай апрацоўкі (гл. павярхоўнае ўмацаванне) і іншых працэсаў трываласць паверхні металічных матэрыялаў, дэталяў і кампанентаў можа быць значна палепшана;

Пасля таго, як дэталі падвяргаюцца напрузе, лакальнае напружанне ў некаторых дэталях часта перавышае мяжу цякучасці матэрыялу, што выклікае пластычную дэфармацыю. З-за ўмацавання абмяжоўваецца далейшае развіццё пластычнай дэфармацыі, што можа палепшыць бяспеку дэталяў і кампанентаў;

Пры штампоўцы металічнай дэталі або кампанента яе пластычная дэфармацыя суправаджаецца ўмацаваннем, так што дэфармацыя перадаецца на неапрацаваную загартаваную частку вакол яе. Пасля такіх паўторных чаргуючыхся дзеянняў можна атрымаць дэталі халоднай штампоўкі з раўнамернай дэфармацыяй папярочнага сячэння;

Гэта можа палепшыць рэжучую здольнасць нізкавугляродзістай сталі і палегчыць аддзяленне стружкі. Але ўмацаванне пад ціскам таксама стварае цяжкасці з далейшай апрацоўкай металічных дэталяў. Напрыклад, халоднацягнуты сталёвы дрот спажывае шмат энергіі для далейшага цягання з-за ўмацавання пад ціскам і можа нават парвацца. Таму яго неабходна адпаліць, каб ліквідаваць умацаванне пад ціскам перад цягаваннем. Іншы прыклад - каб зрабіць паверхню апрацоўванай дэталі далікатнай і цвёрдай падчас рэзання, сіла рэзання павялічваецца падчас паўторнага рэзання, і знос інструмента паскараецца.

Дробназерністае ўмацаванне

1. Вызначэнне

Метад паляпшэння механічных уласцівасцей металічных матэрыялаў шляхам рафінавання крышталічных зерняў называецца ўмацаваннем пры рафінаванні крышталяў. У прамысловасці трываласць матэрыялу паляпшаецца шляхам рафінавання крышталічных зерняў.

2. Прынцып

Металы звычайна ўяўляюць сабой полікрышталі, якія складаюцца з мноства крышталічных зерняў. Памер крышталічных зерняў можна выразіць колькасцю крышталічных зерняў на адзінку аб'ёму. Чым большая колькасць, тым драбнейшыя крышталічныя зерні. Эксперыменты паказваюць, што дробназярністыя металы пры пакаёвай тэмпературы маюць больш высокую трываласць, цвёрдасць, пластычнасць і ўдарную глейкасць, чым буйназярністыя металы. Гэта звязана з тым, што дробныя зерні падвяргаюцца пластычнай дэфармацыі пад уздзеяннем знешняй сілы і могуць быць размеркаваны ў большай колькасці зерняў, пластычная дэфармацыя больш раўнамерная, а канцэнтрацыя напружанняў меншая; акрамя таго, чым драбнейшыя зерні, тым большая плошча межаў зерняў і тым больш звілістыя межы зерняў. Тым больш неспрыяльнае распаўсюджванне расколін. Таму метад павышэння трываласці матэрыялу шляхам рафінавання крышталічных зерняў у прамысловасці называецца рафінаваннем збожжа.

3. Эфект

Чым меншы памер зерня, тым меншая колькасць дыслакацый (n) у кластары дыслакацый. Згодна з τ=nτ0, чым меншая канцэнтрацыя напружанняў, тым вышэйшая трываласць матэрыялу;

Закон умацавання пры дробназерністым умацаванні заключаецца ў тым, што чым больш межаў паміж зернямі, тым драбнейшыя зерні. Згодна з суадносінамі Хола-Пэйкі, чым меншае сярэдняе значэнне (d) зерняў, тым вышэйшая мяжа цякучасці матэрыялу.

4. Метад драбнення зерня

Павялічце ступень пераахалоджвання;

Лячэнне пагаршэння стану;

Вібрацыя і перамешванне;

Для халоднадэфармаваных металаў крышталічныя зярняты можна ўдасканальваць, кантралюючы ступень дэфармацыі і тэмпературу адпалу.

Армаванне другой фазы

1. Вызначэнне

У параўнанні з аднафазнымі сплавамі, шматфазныя сплавы маюць другую фазу ў дадатак да матрычнай фазы. Калі другая фаза раўнамерна размеркавана ў матрычнай фазе з дробнымі дысперснымі часціцамі, яна будзе мець значны эфект умацавання. Гэты эфект умацавання называецца ўмацаваннем другой фазы.

2. Класіфікацыя

Для руху дыслакацый другая фаза, якая змяшчаецца ў сплаве, мае наступныя дзве сітуацыі:

(1) Армаванне недэфармаваных часціц (байпасны механізм).

(2) Армаванне дэфармаваных часціц (механізм праразання).

Як дысперсійнае ўмацаванне, так і ападкавае ўмацаванне з'яўляюцца асобнымі выпадкамі ўмацавання другой фазы.

3. Эфект

Асноўнай прычынай умацавання другой фазы з'яўляецца ўзаемадзеянне паміж імі і дыслакацыяй, што перашкаджае руху дыслакацыі і паляпшае дэфармацыйную ўстойлівасць сплаву.

падсумаваць

Найважнейшымі фактарамі, якія ўплываюць на трываласць, з'яўляюцца склад, структура і стан паверхні самога матэрыялу; другім фактарам з'яўляецца стан сілы, напрыклад, хуткасць дзеяння сілы, спосаб нагрузкі, простае расцяжэнне або паўторнае дзеянне сілы, якія будуць паказваць розныя значэнні трываласці; Акрамя таго, геаметрыя і памер узору, а таксама выпрабавальнае асяроддзе таксама аказваюць вялікі ўплыў, часам нават вырашальны. Напрыклад, трываласць на разрыў звышвысокатрывалай сталі ў атмасферы вадароду можа зніжацца ў геаметрычнай прагрэсіі.

Існуе толькі два спосабы ўмацавання металічных матэрыялаў. Адзін з іх — павялічыць сілу міжатамных сувязяў сплаву, павялічыць яго тэарэтычную трываласць і падрыхтаваць поўны крышталь без дэфектаў, такіх як ніткі. Вядома, што трываласць жалезных нітак блізкая да тэарэтычнага значэння. Можна меркаваць, што гэта звязана з адсутнасцю дыслакацый у нітках або толькі з невялікай колькасцю дыслакацый, якія не могуць распаўсюджвацца падчас працэсу дэфармацыі. На жаль, калі дыяметр нітак большы, трываласць рэзка падае. Іншы падыход да ўмацавання заключаецца ў тым, каб увесці ў крышталь вялікую колькасць крышталічных дэфектаў, такіх як дыслакацыі, кропкавыя дэфекты, неаднародныя атамы, межы зерняў, высокадысперсныя часціцы або неаднароднасці (напрыклад, сегрэгацыя) і г.д. Гэтыя дэфекты перашкаджаюць руху дыслакацый, а таксама значна паляпшаюць трываласць металу. Факты даказалі, што гэта найбольш эфектыўны спосаб павышэння трываласці металаў. Для інжынерных матэрыялаў, як правіла, для дасягнення лепшых комплексных характарыстык выкарыстоўваецца комплекснае ўмацаванне.