Solide oplossingsversterking

1. Definitie

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

2. Principe

De opgeloste atomen opgelost in de vaste oplossing veroorzaken roostervervorming, wat de weerstand van dislocatiebeweging verhoogt, uitglijden bemoeilijkt en de sterkte en hardheid van de vaste legeringsoplossing vergroot.Dit fenomeen van het versterken van het metaal door een bepaald opgelost element op te lossen om een ​​vaste oplossing te vormen, wordt versterking van de vaste oplossing genoemd.Wanneer de concentratie van opgeloste atomen geschikt is, kunnen de sterkte en hardheid van het materiaal worden verhoogd, maar de taaiheid en plasticiteit zijn afgenomen.

3. Beïnvloedende factoren

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

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

Interstitiële opgeloste atomen hebben een groter versterkend effect in de vaste oplossing dan vervangende atomen, en omdat de roostervervorming van interstitiële atomen in kubische kristallen in het midden van het lichaam asymmetrisch is, is hun versterkend effect groter dan dat van kubische kristallen in het midden van het gezicht;maar interstitiële atomen De vaste oplosbaarheid is zeer beperkt, dus het feitelijke 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, de vloeigrens van de vaste oplossing neemt toe 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.Dit omvat een ander versterkingsmechanisme, de dispersed phase-versterking.

Interstitiële opgeloste atomen hebben een groter versterkend effect in 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 het versterkende effect van de vaste oplossing.

5. Effect

Vloeigrens, treksterkte en hardheid zijn sterker dan pure metalen;

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

De geleidbaarheid is veel lager dan die van puur metaal;

Kruipweerstand, of sterkteverlies 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 ontstaan.De mate van werkharding wordt meestal 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) Intersectie vindt plaats tussen dislocaties en de resulterende snijwonden belemmeren de beweging van de dislocaties;

(2) Er treedt een reactie op tussen dislocaties en de gevormde vaste dislocatie belemmert de beweging van de dislocatie;

(3) De proliferatie van dislocaties vindt plaats en de toename van de dislocatiedichtheid verhoogt de weerstand tegen dislocatiebewegingen verder.

4. Schade

Werkverharding brengt moeilijkheden met zich mee voor de verdere verwerking van metalen onderdelen.Tijdens het koudwalsen van de stalen plaat wordt het bijvoorbeeld steeds moeilijker om te rollen, dus het is noodzakelijk om tijdens het verwerkingsproces tussentijds te gloeien om te voorkomen dat het hard wordt door verhitting.Een ander voorbeeld is het broos en hard maken van het oppervlak van het werkstuk tijdens het snijproces, waardoor de gereedschapsslijtage 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, zeer sterke staaldraad en koudgerolde veer, enz. Gebruiken bijvoorbeeld koudvervorming om de sterkte en elastische limiet te verbeteren.Een ander voorbeeld is het gebruik van werkharden om de hardheid en slijtvastheid van tanks, tractorsporen, breekbekken en wissels van spoorwegen 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 rekgrens van het materiaal, waardoor plastische vervorming ontstaat.Door werkverharding wordt de verdere ontwikkeling van plastische vervorming beperkt, wat de veiligheid van onderdelen en componenten kan verbeteren;

Wanneer een metalen onderdeel of component wordt gestanst, gaat de plastische vervorming ervan gepaard met versteviging, zodat de vervorming wordt overgedragen op 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 spaanders gemakkelijk te scheiden maken.Maar werkharden brengt ook moeilijkheden met zich mee voor de verdere verwerking van metalen onderdelen.Koudgetrokken staaldraad verbruikt bijvoorbeeld veel energie voor het verder trekken door uitharding en kan zelfs breken.Daarom moet het worden gegloeid om werkverharding te voorkomen voordat het wordt getrokken.Een ander voorbeeld is dat om het oppervlak van het werkstuk tijdens het snijden broos en hard te maken, de snijkracht tijdens het opnieuw zagen wordt verhoogd en de gereedschapsslijtage wordt versneld.

Fijne korrelversterking

1. Definitie

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

2. Principe

Metalen zijn meestal polykristallen die zijn samengesteld uit veel kristalkorrels.De grootte van de kristalkorrels kan worden uitgedrukt door het aantal kristalkorrels per volume-eenheid.Hoe groter 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 verspreid, de plastische vervorming uniformer is en de spanningsconcentratie minder is;bovendien, hoe fijner de korrels, hoe groter het korrelgrensgebied en hoe meer kronkelige korrelgrenzen.Hoe ongunstiger de verspreiding van scheuren.Daarom wordt de methode om de sterkte van het materiaal te verbeteren door de kristalkorrels te verfijnen in de industrie korrelverfijning genoemd.

3. Effect

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

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

4. De methode van korrelverfijning

Verhoog de mate van onderkoeling;

Verslechtering behandeling;

Trillingen en roeren;

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

Versterking tweede fase

1. Definitie

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

2. Classificatie

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

(1) Versterking van niet-vervormbare deeltjes (bypass-mechanisme).

(2) Versterking van vervormbare deeltjes (doorsnijmechanisme).

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

3. Effect

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

op te sommen

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

Er zijn slechts twee manieren om metalen materialen te versterken.Een daarvan is om de interatomaire bindingskracht van de legering te vergroten, de theoretische sterkte ervan te vergroten en een compleet kristal te maken zonder defecten, zoals snorharen.Het is bekend dat de sterkte van ijzeren snorharen dicht bij de theoretische waarde ligt.Aangenomen kan worden 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, wanneer de diameter van de snorhaar groter is, neemt de sterkte sterk af.Een andere versterkende benadering 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 ook aanzienlijk verbeteren van 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 is het over het algemeen door uitgebreide versterkende effecten om betere uitgebreide prestaties te bereiken.