Умацаванне цвёрдым растворам

1. Азначэнне

З'ява, пры якой легіруючыя элементы раствараюцца ў асноўным метале, каб выклікаць пэўную ступень дэфармацыі рашоткі і, такім чынам, павялічыць трываласць сплаву.

2. Прынцып

Атамы растворанага рэчыва, раствораныя ў цвёрдым растворы, выклікаюць скажэнне рашоткі, што павялічвае супраціўленне руху дыслакацый, абцяжарвае слізгаценне 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. Калі канцэнтрацыя атамаў растворанага рэчыва адпаведная, трываласць і цвёрдасць матэрыялу можна павялічыць, але яго трываласць і пластычнасць знізіліся.

3. Фактары ўплыву

Чым вышэй атамная доля атамаў растворанага рэчыва, тым большы эфект умацавання, асабліва калі атамная доля вельмі нізкая, эфект умацавання больш значны.

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

Атамы прамежкавага растворанага рэчыва аказваюць большы эфект узмацнення цвёрдага раствора, чым атамы замены, і паколькі скажэнне рашоткі атамаў міжвузелля ў аб'ёмнацэнтрычных кубічных крышталях з'яўляецца асіметрычным, іх эфект умацавання большы, чым у гранецэнтрычных кубічных крышталяў; але прамежкавыя атамы Растваральнасць цвёрдага рэчыва 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 ўзрастае з павелічэннем канцэнтрацыі валентных электронаў.

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

Розніца ў памерах атамаў матрыцы і атамаў растворанага рэчыва. Чым большая розніца ў памерах, тым большае ўмяшанне ў зыходную крышталічную структуру і тым складаней слізгаценне дыслакацыі.

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

Атамы прамежкавага растворанага рэчыва маюць большы эфект умацавання цвёрдага раствора, чым атамы замены.

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 мацней, чым чыстыя металы;

У большасці выпадкаў пластычнасць ніжэй, чым у чыстага металу;

Праводнасць значна ніжэй, чым у чыстага металу;

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

Працоўная загартоўка

1. Азначэнне

З павелічэннем ступені халоднай дэфармацыі павялічваюцца трываласць і цвёрдасць металічных матэрыялаў, але зніжаюцца пластычнасць і трываласць.

2. Уводзіны

З'ява, пры якой трываласць і цвёрдасць металічных матэрыялаў павялічваюцца пры іх пластычнай дэфармацыі ніжэй тэмпературы рэкрышталізацыі, а пластычнасць і трываласць зніжаюцца. Таксама вядомая як загартоўка халоднай працай. Прычына ў тым, што калі метал пластычна дэфармуецца, крышталічныя збожжа слізгаюць і дыслакацыі заблытваюцца, што прыводзіць да таго, што крыштальныя збожжа падаўжаюцца, ламаюцца і становяцца валокнамі, і ў метале ўзнікаюць рэшткавыя напружання. Ступень дэфармацыі звычайна выражаецца стаўленнем мікрацвёрдасці павярхоўнага пласта пасля апрацоўкі да мікрацвёрдасці да апрацоўкі і глыбінёй загартаванага пласта.

3. Інтэрпрэтацыя з пункту гледжання тэорыі дыслакацый

(1) Паміж вывіхамі адбываецца перасячэнне, і ў выніку парэзы перашкаджаюць руху вывіхаў;

(2) Паміж вывіхамі адбываецца рэакцыя, і ўтварыўся фіксаваны вывіх перашкаджае руху вывіху;

(3) Адбываецца праліферацыя вывіхаў, і павелічэнне шчыльнасці вывіхаў яшчэ больш павялічвае супраціўленне руху вывіхаў.

4. Шкоднасць

Загартоўка ўносіць цяжкасці ў далейшую апрацоўку металічных дэталяў. Напрыклад, у працэсе халоднай пракаткі сталёвы ліст будзе станавіцца ўсё цяжэй і цяжэй пракатвацца, таму ў працэсе апрацоўкі неабходна арганізаваць прамежкавы адпал, каб выключыць яго дэфармацыйны ўмацаванне нагрэвам. Іншы прыклад - зрабіць паверхню нарыхтоўкі далікатнай і цвёрдай у працэсе рэзкі, што паскарае знос інструмента і павялічвае сілу рэзання.

5. Перавагі

Гэта можа палепшыць трываласць, цвёрдасць і зносаўстойлівасць металаў, асабліва для тых чыстых металаў і некаторых сплаваў, якія немагчыма палепшыць тэрмічнай апрацоўкай. Напрыклад, халоднацягнутая высокатрывалая сталёвая дрот і халодная спіральная спружына і г.д. выкарыстоўваюць дэфармацыю халоднай апрацоўкі для павышэння трываласці і мяжы пругкасці. Іншым прыкладам з'яўляецца выкарыстанне нагарту для павышэння цвёрдасці і зносаўстойлівасці танкаў, трактарных гусеніц, драбнільных шчэлеп і чыгуначных стрэлачных пераводаў.

6. Роля ў машынабудаванні

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

Пасля нагрузкі на дэталі мясцовае напружанне некаторых частак часта перавышае мяжу цякучасці матэрыялу, выклікаючы пластычную дэфармацыю. З-за працоўнай загартоўкі далейшае развіццё пластычнай дэфармацыі абмежавана, што можа павысіць бяспеку дэталяў і кампанентаў;

Пры штампоўцы металічнай дэталі або кампанента яе пластычная дэфармацыя суправаджаецца ўмацаваннем, у выніку чаго дэфармацыя перадаецца неапрацаванай загартаванай частцы вакол яе. Пасля такіх паўторных чаргавання дзеянняў можна атрымаць дэталі халоднай штампоўкі з раўнамернай дэфармацыяй папярочнага перасеку;

Гэта можа палепшыць прадукцыйнасць рэзкі сталі з нізкім утрыманнем вугляроду і зрабіць стружку лёгкай для аддзялення. Але загартоўка таксама ўносіць цяжкасці ў далейшую апрацоўку металічных дэталяў. Напрыклад, халоднацягнутая сталёвая дрот затрачвае шмат энергіі на далейшае валачэнне з-за дэфармацыі і можа нават парвацца. Такім чынам, перад нанясеннем яго трэба адпаліць, каб выключыць дэфармацыю. Іншым прыкладам з'яўляецца тое, што для таго, каб зрабіць паверхню нарыхтоўкі далікатнай і цвёрдай падчас рэзкі, сіла рэзання павялічваецца падчас паўторнай рэзкі, і знос інструмента паскараецца.

Дробнае ўмацаванне збожжа

1. Азначэнне

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

2. Прынцып

Металы звычайна ўяўляюць сабой полікрышталі, якія складаюцца з мноства крышталічных зерняў. Памер крышталічных зерняў можа быць выражаны колькасцю крышталічных зерняў у адзінцы аб'ёму. Чым больш лік, тым драбней крыштальныя збожжа. Эксперыменты паказваюць, што дробназярністыя металы пры пакаёвай тэмпературы маюць больш высокую трываласць, цвёрдасць, пластычнасць і глейкасць, чым буйназярністыя металы. Гэта таму, што дробныя збожжа падвяргаюцца пластычнай дэфармацыі пад уздзеяннем знешняй сілы і могуць быць рассеяны ў большай колькасці зерняў, пластычная дэфармацыя больш раўнамерная, а канцэнтрацыя напружання меншая; акрамя таго, чым драбней збожжа, тым больш плошча межаў збожжа і больш звілістыя межы збожжа. Тым больш неспрыяльна распаўсюджванне расколін. Такім чынам, метад павышэння трываласці матэрыялу шляхам рафінавання крышталічных зерняў у прамысловасці называецца ўмацаваннем зярністасці.

3. Эфект

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

Закон умацавання дробназярністага ўмацавання заключаецца ў тым, што чым больш межаў збожжа, тым драбней збожжа. Згодна з суадносінамі Хола-Пэйці, чым меншае сярэдняе значэнне (d) зерняў, тым вышэй мяжа цякучасці матэрыялу.

4. Спосаб ачысткі збожжа

Павышэнне ступені пераахаладжэння;

Лячэнне пагаршэння стану;

Вібрацыя і перамешванне;

Для халоднадэфармаваных металаў крышталічныя збожжа можна ачысціць, кантралюючы ступень дэфармацыі і тэмпературу адпалу.

Другі этап армавання

1. Азначэнне

У параўнанні з аднафазнымі сплавамі, шматфазныя сплавы маюць другую фазу ў дадатак да фазы матрыцы. Калі другая фаза раўнамерна размяркоўваецца ў матрычнай фазе з дробнадысперснымі часціцамі, гэта 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) Умацаванне недеформируемых часціц (байпасны механізм).

(2) Армаванне часціц, якія дэфармуюцца (праразны механізм).

І дысперсійнае ўмацаванне, і ўмацаванне ападкамі з'яўляюцца прыватнымі выпадкамі ўмацавання другой фазы.

3. Эфект

Асноўнай прычынай умацавання другой фазы з'яўляецца ўзаемадзеянне паміж імі і дыслакацыяй, якое абцяжарвае рух дыслакацыі і паляпшае ўстойлівасць сплаву да дэфармацыі.

падводзіць вынікі

Найбольш важнымі фактарамі, якія ўплываюць на трываласць, з'яўляюцца склад, структура і стан паверхні самога матэрыялу; другі - гэта стан сілы, напрыклад, хуткасць сілы, метад нагрузкі, простае расцяжэнне або паўторная сіла, будуць паказваць розныя сілы; Акрамя таго, геаметрыя і памер выбаркі і доследнай асяроддзя таксама маюць вялікі ўплыў, часам нават вырашальны. Напрыклад, трываласць на разрыў звышвысокатрывалай сталі ў атмасферы вадароду можа падаць у геаметрычнай прагрэсіі.

Ёсць толькі два спосабу ўмацавання металічных матэрыялаў. Адным з іх з'яўляецца павелічэнне сілы міжатамнай сувязі сплаву, павышэнне яго тэарэтычнай трываласці і падрыхтоўка поўнага крышталя без дэфектаў, такіх як вусы. Вядома, што трываласць жалезных вусоў блізкая да тэарэтычнай. Можна лічыць, што гэта звязана з тым, што ў вусах няма вывіхаў або ёсць толькі невялікая колькасць вывіхаў, якія не могуць праліфераваць у працэсе дэфармацыі. На жаль, пры павелічэнні дыяметра вуса трываласць рэзка падае. Іншы падыход да ўмацавання заключаецца ва ўвядзенні ў крышталь вялікай колькасці дэфектаў крышталя, такіх як дыслакацыі, кропкавыя дэфекты, гетэрагенныя атамы, межы зерняў, высокадысперсныя часціцы або неаднароднасці (напрыклад, сегрэгацыя) і г. д. Гэтыя дэфекты перашкаджаюць руху дыслакацый і таксама Істотна павысіць трываласць металу. Факты даказваюць, што гэта самы эфектыўны спосаб павышэння трываласці металаў. Для інжынерных матэрыялаў, гэта, як правіла, праз комплекснае ўмацаванне эфектаў для дасягнення лепшай комплекснай прадукцыйнасці.