Versterking van solide oplossingen

1. Definitie

Een fenomeen waarbij legeringselementen in het basismetaal worden opgelost om een ​​bepaalde mate van roostervervorming te veroorzaken en zo de sterkte van de legering te vergroten.

2. Principe

De opgeloste atomen in de vaste oplossing veroorzaken roostervervorming, waardoor de weerstand tegen dislocatiebewegingen toeneemt, uitglijden moeilijk wordt en de sterkte en hardheid van de vaste oplossing van de legering toeneemt. Dit fenomeen van het versterken van het metaal door het oplossen van een bepaald opgelost element om een ​​vaste oplossing te vormen, wordt versterking van de vaste oplossing genoemd. Wanneer de concentratie opgeloste atomen geschikt is, kunnen de sterkte en hardheid van het materiaal worden verhoogd, maar zijn de taaiheid en plasticiteit afgenomen.

3. Beïnvloedende factoren

Hoe hoger de atomaire fractie van opgeloste atomen, hoe groter het versterkende effect, vooral wanneer de atomaire fractie erg laag is, is het versterkende effect groter.

Hoe groter het verschil tussen de opgeloste atomen en de atomaire grootte van het basismetaal, hoe groter het versterkende effect.

Interstitiële opgeloste atomen hebben een groter versterkend effect op de vaste oplossing dan vervangende atomen, en omdat de roostervervorming van interstitiële atomen in op het lichaam gecentreerde kubische kristallen asymmetrisch is, is hun versterkende effect groter dan dat van op het oppervlak gecentreerde kubieke kristallen; maar interstitiële atomen. De oplosbaarheid van vaste stoffen is zeer beperkt, dus het daadwerkelijke versterkende effect is ook beperkt.

Hoe groter het verschil in het aantal valentie-elektronen tussen de opgeloste atomen en het basismetaal, des te duidelijker het versterkende effect van de vaste oplossing, dat wil zeggen dat de vloeigrens van de vaste oplossing toeneemt met de toename van de valentie-elektronenconcentratie.

4. De mate van versterking van de vaste oplossing hangt voornamelijk af van de volgende factoren

Het verschil in grootte tussen matrixatomen en opgeloste atomen. Hoe groter het verschil in grootte, hoe groter de interferentie met de oorspronkelijke kristalstructuur, en hoe moeilijker het is voor dislocatieslip.

De hoeveelheid legeringselementen. Hoe meer legeringselementen worden toegevoegd, hoe groter het versterkende effect. Als te veel atomen te groot of te klein zijn, wordt de oplosbaarheid overschreden. Hierbij is een ander versterkingsmechanisme betrokken, namelijk de versterking van de verspreide fase.

Interstitiële opgeloste atomen hebben een groter versterkend effect op de vaste oplossing dan vervangende atomen.

Hoe groter het verschil in het aantal valentie-elektronen tussen de opgeloste atomen en het basismetaal, des te belangrijker is het versterkende effect van de vaste oplossing.

5. Effect

Vloeisterkte, treksterkte en hardheid zijn sterker dan zuivere metalen;

In de meeste gevallen is de ductiliteit lager dan die van puur metaal;

De geleidbaarheid is veel lager dan bij puur metaal;

Kruipweerstand, of krachtverlies bij hoge temperaturen, kan worden verbeterd door versterking met een vaste oplossing.

Werk verhardend

1. Definitie

Naarmate de mate van koude vervorming toeneemt, nemen de sterkte en hardheid van metalen materialen toe, maar nemen de plasticiteit en taaiheid af.

2. Inleiding

Een fenomeen waarbij de sterkte en hardheid van metalen materialen toenemen wanneer ze plastisch worden vervormd onder de herkristallisatietemperatuur, terwijl de plasticiteit en taaiheid afnemen. Ook bekend als koudwerkverharding. De reden is dat wanneer het metaal plastisch wordt vervormd, de kristalkorrels wegglijden en dislocaties verstrikt raken, waardoor de kristalkorrels langer worden, breken en vervezelen, en er restspanningen in het metaal worden gegenereerd. De mate van verharding wordt doorgaans uitgedrukt door de verhouding van de microhardheid van de oppervlaktelaag na verwerking tot die vóór verwerking en de diepte van de uitgeharde laag.

3. Interpretatie vanuit het perspectief van de dislocatietheorie

(1) Er vindt een kruising plaats tussen dislocaties, en de resulterende sneden belemmeren de beweging van de dislocaties;

(2) Er vindt een reactie plaats tussen dislocaties, en de gevormde vaste dislocatie belemmert de beweging van de dislocatie;

(3) Er vindt een proliferatie van dislocaties plaats, en de toename van de dislocatiedichtheid vergroot de weerstand tegen dislocatiebewegingen verder.

4. Schade

Arbeidsharding brengt problemen met zich mee bij de verdere verwerking van metalen onderdelen. Tijdens het koudwalsen van de staalplaat zal het bijvoorbeeld steeds moeilijker worden om te walsen, dus het is noodzakelijk om tijdens het verwerkingsproces tussentijds uitgloeien te regelen om de verharding door verwarming te elimineren. Een ander voorbeeld is het tijdens het snijproces broos en hard maken van het oppervlak van het werkstuk, waardoor de slijtage van het gereedschap wordt versneld en de snijkracht toeneemt.

5. Voordelen

Het kan de sterkte, hardheid en slijtvastheid van metalen verbeteren, vooral voor die pure metalen en bepaalde legeringen die niet kunnen worden verbeterd door warmtebehandeling. Koudgetrokken staaldraad met hoge sterkte en koudgewonden veer enz. maken bijvoorbeeld gebruik van koudgetrokken vervorming om de sterkte en elastische limiet te verbeteren. Een ander voorbeeld is het gebruik van werkverharding om de hardheid en slijtvastheid van tanks, tractorsporen, brekerkaken en spoorwissels te verbeteren.

6. Rol in de machinebouw

Na koudtrekken, walsen en kogelstralen (zie oppervlakteversterking) en andere processen kan de oppervlaktesterkte van metalen materialen, onderdelen en componenten aanzienlijk worden verbeterd;

Nadat de onderdelen zijn belast, overschrijdt de lokale spanning van bepaalde onderdelen vaak de vloeigrens van het materiaal, waardoor plastische vervorming ontstaat. Door verharding wordt de verdere ontwikkeling van plastische vervorming beperkt, wat de veiligheid van onderdelen en componenten kan verbeteren;

Wanneer een metalen onderdeel of onderdeel wordt gestanst, gaat de plastische vervorming ervan gepaard met versteviging, zodat de vervorming wordt overgebracht naar het onbewerkte, geharde deel eromheen. Na dergelijke herhaalde afwisselende acties kunnen koudstempeldelen met uniforme dwarsdoorsnedevervorming worden verkregen;

Het kan de snijprestaties van koolstofarm staal verbeteren en de spanen gemakkelijk scheiden. Maar het harden brengt ook problemen met zich mee bij de verdere verwerking van metalen onderdelen. Koudgetrokken staaldraad verbruikt bijvoorbeeld door het verharden veel energie voor het verder trekken en kan zelfs breken. Daarom moet het worden uitgegloeid om werkverharding vóór het tekenen te elimineren. Een ander voorbeeld is dat om het oppervlak van het werkstuk tijdens het snijden bros en hard te maken, de snijkracht tijdens het hersnijden wordt vergroot en de slijtage van het gereedschap wordt versneld.

Fijne korrelversterking

1. Definitie

De methode om de mechanische eigenschappen van metalen materialen te verbeteren door de kristalkorrels te verfijnen, wordt kristalraffinageversterking genoemd. In de industrie wordt de sterkte van het materiaal verbeterd door de kristalkorrels te raffineren.

2. Principe

Metalen zijn meestal polykristallen die uit vele kristalkorrels bestaan. De grootte van de kristalkorrels kan worden uitgedrukt door het aantal kristalkorrels per volume-eenheid. Hoe hoger het getal, hoe fijner de kristalkorrels. Experimenten tonen aan dat fijnkorrelige metalen bij kamertemperatuur een hogere sterkte, hardheid, plasticiteit en taaiheid hebben dan grofkorrelige metalen. Dit komt omdat de fijne korrels plastische vervorming ondergaan onder externe kracht en in meer korrels kunnen worden gedispergeerd, de plastische vervorming uniformer is en de spanningsconcentratie minder is; bovendien geldt: hoe fijner de korrels, hoe groter het korrelgrensgebied en hoe kronkeliger de korrelgrenzen. Hoe ongunstiger de verspreiding van scheuren. Daarom wordt de methode voor het verbeteren van de sterkte van het materiaal door het raffineren van de kristalkorrels in de industrie graanverfijningsversterking genoemd.

3. Effect

Hoe kleiner de korrelgrootte, hoe kleiner het aantal dislocaties (n) in het dislocatiecluster. Volgens τ=nτ0 geldt: hoe kleiner de spanningsconcentratie, hoe hoger de sterkte van het materiaal;

De versterkende wet van het versterken van fijne korrels is dat hoe meer korrelgrenzen, hoe fijner de korrels zijn. Volgens de Hall-Peiqi-relatie geldt: hoe kleiner de gemiddelde waarde (d) van de korrels, hoe hoger de vloeigrens van het materiaal.

4. De methode van graanverfijning

Verhoog de mate van onderkoeling;

Verslechtering behandeling;

Trillen en roeren;

Voor koud vervormde metalen kunnen de kristalkorrels worden verfijnd door de mate van vervorming en de gloeitemperatuur te regelen.

Tweede fase versterking

1. Definitie

Vergeleken met eenfasige legeringen hebben meerfasige legeringen naast de matrixfase een tweede fase. Wanneer de tweede fase gelijkmatig verdeeld is in de matrixfase met fijne verspreide deeltjes, zal dit een aanzienlijk versterkend effect hebben. Dit versterkende effect wordt de tweede faseversterking genoemd.

2. Classificatie

Voor de beweging van dislocaties kent de tweede fase in de legering de volgende twee situaties:

(1) Versterking van niet-vervormbare deeltjes (bypassmechanisme).

(2) Versterking van vervormbare deeltjes (doorsnijmechanisme).

Zowel dispersieversterking als neerslagversterking zijn bijzondere gevallen van versterking in de tweede fase.

3. Effect

De belangrijkste reden voor de versterking van de tweede fase is de interactie daartussen en de dislocatie, die de beweging van de dislocatie belemmert en de vervormingsweerstand van de legering verbetert.

samenvatten

De belangrijkste factoren die de sterkte beïnvloeden zijn de samenstelling, structuur en oppervlaktetoestand van het materiaal zelf; de tweede is de toestand van kracht, zoals de snelheid van de kracht, de wijze van laden, eenvoudig uitrekken of herhaalde kracht, zal verschillende sterktes vertonen; Daarnaast hebben ook de geometrie en grootte van het monster en het testmedium een ​​grote invloed, soms zelfs doorslaggevend. De treksterkte van ultrasterk staal in een waterstofatmosfeer kan bijvoorbeeld exponentieel afnemen.

Er zijn slechts twee manieren om metalen materialen te versterken. Eén daarvan is het vergroten van de interatomaire bindingskracht van de legering, het vergroten van de theoretische sterkte ervan en het vervaardigen van een compleet kristal zonder gebreken, zoals snorharen. Het is bekend dat de sterkte van ijzeren snorharen dicht bij de theoretische waarde ligt. Er kan worden aangenomen dat dit komt doordat er geen dislocaties in de snorharen zijn, of slechts een kleine hoeveelheid dislocaties die zich niet kunnen vermenigvuldigen tijdens het vervormingsproces. Helaas, als de diameter van de snorhaar groter is, neemt de sterkte sterk af. Een andere versterkingsbenadering is het introduceren van een groot aantal kristaldefecten in het kristal, zoals dislocaties, puntdefecten, heterogene atomen, korrelgrenzen, sterk verspreide deeltjes of inhomogeniteiten (zoals segregatie), enz. Deze defecten belemmeren de beweging van dislocaties en verbetert ook aanzienlijk de sterkte van het metaal. Feiten hebben bewezen dat dit de meest effectieve manier is om de sterkte van metalen te vergroten. Voor technische materialen wordt over het algemeen door middel van uitgebreide versterkende effecten betere alomvattende prestaties bereikt.