Rafforzamento della soluzione solida

1. Definizione

Fenomeno in cui gli elementi leganti si dissolvono nel metallo di base per provocare un certo grado di distorsione del reticolo e quindi aumentare la resistenza della lega.

2. Principio

Gli atomi di soluto disciolti nella soluzione solida causano la distorsione del reticolo, che aumenta la resistenza del movimento di dislocazione, rende difficile lo scivolamento e aumenta la resistenza e la durezza della soluzione solida della lega.Questo fenomeno di rafforzamento del metallo dissolvendo un certo elemento soluto per formare una soluzione solida è chiamato rafforzamento della soluzione solida.Quando la concentrazione di atomi di soluto è appropriata, la forza e la durezza del materiale possono essere aumentate, ma la sua tenacità e plasticità sono diminuite.

3. Fattori che influenzano

Maggiore è la frazione atomica degli atomi di soluto, maggiore è l'effetto di rafforzamento, specialmente quando la frazione atomica è molto bassa, l'effetto di rafforzamento è più significativo.

Maggiore è la differenza tra gli atomi di soluto e la dimensione atomica del metallo di base, maggiore è l'effetto di rafforzamento.

Gli atomi di soluto interstiziale hanno un effetto di rafforzamento della soluzione solida maggiore rispetto agli atomi di sostituzione e poiché la distorsione reticolare degli atomi interstiziali nei cristalli cubici a corpo centrato è asimmetrica, il loro effetto di rafforzamento è maggiore di quello dei cristalli cubici a faccia centrata;ma atomi interstiziali La solubilità solida è molto limitata, quindi anche l'effetto di rafforzamento effettivo è limitato.

Maggiore è la differenza nel numero di elettroni di valenza tra gli atomi di soluto e il metallo di base, più evidente è l'effetto di rafforzamento della soluzione solida, cioè la forza di snervamento della soluzione solida aumenta con l'aumento della concentrazione di elettroni di valenza.

4. Il grado di rafforzamento della soluzione solida dipende principalmente dai seguenti fattori

La differenza di dimensioni tra atomi di matrice e atomi di soluto.Maggiore è la differenza di dimensioni, maggiore è l'interferenza con la struttura cristallina originale e più difficile è lo slittamento della dislocazione.

La quantità di elementi leganti.Più elementi di lega vengono aggiunti, maggiore è l'effetto rinforzante.Se troppi atomi sono troppo grandi o troppo piccoli, la solubilità sarà superata.Ciò comporta un altro meccanismo di rafforzamento, il rafforzamento della fase dispersa.

Gli atomi di soluto interstiziali hanno un maggiore effetto di rafforzamento della soluzione solida rispetto agli atomi di sostituzione.

Maggiore è la differenza nel numero di elettroni di valenza tra gli atomi di soluto e il metallo di base, più significativo è l'effetto di rafforzamento della soluzione solida.

5. Effetto

La resistenza allo snervamento, la resistenza alla trazione e la durezza sono più forti dei metalli puri;

Nella maggior parte dei casi la duttilità è inferiore a quella del metallo puro;

La conduttività è molto inferiore al metallo puro;

La resistenza allo scorrimento, o la perdita di resistenza alle alte temperature, può essere migliorata mediante il rafforzamento della soluzione solida.

Incrudimento del lavoro

1. Definizione

All'aumentare del grado di deformazione a freddo, la resistenza e la durezza dei materiali metallici aumentano, ma la plasticità e la tenacità diminuiscono.

2. Introduzione

Un fenomeno in cui la resistenza e la durezza dei materiali metallici aumentano quando vengono deformati plasticamente al di sotto della temperatura di ricristallizzazione, mentre la plasticità e la tenacità diminuiscono.Conosciuto anche come incrudimento a freddo.Il motivo è che quando il metallo è deformato plasticamente, i grani di cristallo scivolano e le dislocazioni sono aggrovigliate, il che provoca l'allungamento, la rottura e la fibratura dei grani di cristallo e si generano tensioni residue nel metallo.Il grado di incrudimento è solitamente espresso dal rapporto tra la microdurezza dello strato superficiale dopo la lavorazione e quella prima della lavorazione e lo spessore dello strato indurito.

3. Interpretazione dal punto di vista della teoria della dislocazione

(1) L'intersezione si verifica tra le dislocazioni e i tagli risultanti ostacolano il movimento delle dislocazioni;

(2) Si verifica una reazione tra le dislocazioni e la dislocazione fissa formata ostacola il movimento della dislocazione;

(3) Si verifica la proliferazione delle dislocazioni e l'aumento della densità delle dislocazioni aumenta ulteriormente la resistenza al movimento delle dislocazioni.

4. Danno

L'incrudimento porta difficoltà all'ulteriore lavorazione delle parti metalliche.Ad esempio, nel processo di laminazione a freddo della lamiera d'acciaio, diventerà sempre più difficile da rotolare, quindi è necessario predisporre una ricottura intermedia durante il processo di lavorazione per eliminare il suo incrudimento mediante riscaldamento.Un altro esempio è quello di rendere la superficie del pezzo in lavorazione fragile e dura durante il processo di taglio, accelerando così l'usura dell'utensile e aumentando la forza di taglio.

5. Vantaggi

Può migliorare la forza, la durezza e la resistenza all'usura dei metalli, in particolare per quei metalli puri e alcune leghe che non possono essere migliorate mediante trattamento termico.Ad esempio, il filo di acciaio ad alta resistenza trafilato a freddo e la molla a spirale a freddo, ecc., Utilizzano la deformazione per lavorazione a freddo per migliorare la resistenza e il limite elastico.Un altro esempio è l'uso dell'incrudimento per migliorare la durezza e la resistenza all'usura di serbatoi, cingoli di trattori, mascelle di frantumazione e deviatoi ferroviari.

6. Ruolo nell'ingegneria meccanica

Dopo trafilatura a freddo, laminazione e pallinatura (vedi rinforzo superficiale) e altri processi, la resistenza superficiale di materiali metallici, parti e componenti può essere notevolmente migliorata;

Dopo che le parti sono state sollecitate, la sollecitazione locale di alcune parti spesso supera il limite di snervamento del materiale, provocando la deformazione plastica.A causa dell'incrudimento, il continuo sviluppo della deformazione plastica è limitato, il che può migliorare la sicurezza di parti e componenti;

Quando una parte o un componente metallico viene stampato, la sua deformazione plastica è accompagnata da un rinforzo, in modo che la deformazione si trasferisca alla parte indurita non lavorata che lo circonda.Dopo tali ripetute alternanze si possono ottenere parti stampate a freddo con deformazioni trasversali uniformi;

Può migliorare le prestazioni di taglio dell'acciaio a basso tenore di carbonio e facilitare la separazione dei trucioli.Ma l'incrudimento comporta anche difficoltà nell'ulteriore lavorazione di parti metalliche.Ad esempio, il filo di acciaio trafilato a freddo consuma molta energia per l'ulteriore trafilatura a causa dell'incrudimento e può persino rompersi.Pertanto, deve essere ricotto per eliminare l'incrudimento prima della trafilatura.Un altro esempio è che per rendere la superficie del pezzo in lavorazione fragile e dura durante il taglio, la forza di taglio viene aumentata durante il ritaglio e l'usura dell'utensile viene accelerata.

Rafforzamento della grana fine

1. Definizione

Il metodo per migliorare le proprietà meccaniche dei materiali metallici affinando i grani di cristallo è chiamato rafforzamento della raffinazione dei cristalli.Nell'industria, la resistenza del materiale viene migliorata affinando i grani di cristallo.

2. Principio

I metalli sono solitamente policristalli composti da molti grani di cristallo.La dimensione dei grani di cristallo può essere espressa dal numero di grani di cristallo per unità di volume.Maggiore è il numero, più fini sono i grani di cristallo.Gli esperimenti dimostrano che i metalli a grana fine a temperatura ambiente hanno maggiore resistenza, durezza, plasticità e tenacità rispetto ai metalli a grana grossa.Questo perché i grani fini subiscono una deformazione plastica sotto la forza esterna e possono essere dispersi in più grani, la deformazione plastica è più uniforme e la concentrazione delle sollecitazioni è minore;inoltre, quanto più fini sono i grani, tanto maggiore è l'area del bordo grano e tanto più i bordi grano sono tortuosi.Più sfavorevole è la propagazione delle crepe.Pertanto, il metodo per migliorare la resistenza del materiale affinando i grani di cristallo è chiamato rafforzamento dell'affinamento del grano nell'industria.

3. Effetto

Minore è la dimensione del grano, minore è il numero di dislocazioni (n) nel cluster di dislocazioni.Secondo τ=nτ0, minore è la concentrazione della sollecitazione, maggiore è la resistenza del materiale;

La legge di rafforzamento del rafforzamento a grana fine è che più bordi di grano, più fini sono i grani.Secondo la relazione Hall-Peiqi, minore è il valore medio (d) dei grani, maggiore è la resistenza allo snervamento del materiale.

4. Il metodo di raffinamento del grano

Aumentare il grado di sottoraffreddamento;

Trattamento del deterioramento;

Vibrazione e agitazione;

Per i metalli deformati a freddo, i grani cristallini possono essere raffinati controllando il grado di deformazione e la temperatura di ricottura.

Rafforzamento della seconda fase

1. Definizione

Rispetto alle leghe monofase, le leghe multifase hanno una seconda fase oltre alla fase matrice.Quando la seconda fase è uniformemente distribuita nella fase della matrice con particelle fini disperse, avrà un effetto di rafforzamento significativo.Questo effetto di rafforzamento è chiamato rafforzamento della seconda fase.

2. Classificazione

Per il movimento delle lussazioni, la seconda fase contenuta nella lega presenta le seguenti due situazioni:

(1) Rinforzo di particelle indeformabili (meccanismo di bypass).

(2) Rinforzo di particelle deformabili (meccanismo cut-through).

Sia il rafforzamento della dispersione che il rafforzamento della precipitazione sono casi speciali di rafforzamento della seconda fase.

3. Effetto

Il motivo principale del rafforzamento della seconda fase è l'interazione tra loro e la dislocazione, che ostacola il movimento della dislocazione e migliora la resistenza alla deformazione della lega.

per riassumere

I fattori più importanti che influenzano la resistenza sono la composizione, la struttura e lo stato superficiale del materiale stesso;il secondo è lo stato di forza, come la velocità della forza, il metodo di carico, il semplice allungamento o la forza ripetuta, mostreranno punti di forza diversi;Inoltre, anche la geometria e le dimensioni del campione e il mezzo di prova hanno una grande influenza, a volte addirittura decisiva.Ad esempio, la resistenza alla trazione dell'acciaio ad altissima resistenza in un'atmosfera di idrogeno può diminuire in modo esponenziale.

Esistono solo due modi per rafforzare i materiali metallici.Uno è aumentare la forza di legame interatomica della lega, aumentare la sua forza teorica e preparare un cristallo completo senza difetti, come i baffi.È noto che la forza dei baffi di ferro è vicina al valore teorico.Si può considerare che ciò sia dovuto al fatto che non ci sono lussazioni nei baffi, o solo una piccola quantità di lussazioni che non possono proliferare durante il processo di deformazione.Sfortunatamente, quando il diametro del baffo è maggiore, la forza diminuisce drasticamente.Un altro approccio di rafforzamento consiste nell'introdurre un gran numero di difetti cristallini nel cristallo, come dislocazioni, difetti puntiformi, atomi eterogenei, bordi di grano, particelle altamente disperse o disomogeneità (come la segregazione), ecc. Questi difetti ostacolano il movimento di dislocazioni e anche migliorare significativamente la resistenza del metallo.I fatti hanno dimostrato che questo è il modo più efficace per aumentare la resistenza dei metalli.Per i materiali tecnici, è generalmente attraverso effetti di rafforzamento completi per ottenere prestazioni complete migliori.