Kieto tirpalo stiprinimas

1. Apibrėžimas

Reiškinys, kai legiruojantys elementai ištirpinami netauriajame metale, kad sukeltų tam tikrą gardelės iškraipymą ir taip padidintų lydinio stiprumą.

2. Principas

Kietame tirpale ištirpę ištirpusių medžiagų atomai sukelia gardelės iškraipymą, dėl to padidėja dislokacijos judėjimo pasipriešinimas, apsunkinamas slydimas, padidėja lydinio kietojo tirpalo stiprumas ir kietumas. Šis metalo stiprinimo reiškinys ištirpinant tam tikrą tirpintą elementą, kad susidarytų kietas tirpalas, vadinamas kietojo tirpalo stiprinimu. Kai tirpių atomų koncentracija yra tinkama, medžiagos stiprumas ir kietumas gali padidėti, tačiau sumažėja jos kietumas ir plastiškumas.

3. Įtakojantys veiksniai

Kuo didesnė ištirpusių medžiagų atomų atominė dalis, tuo stipresnis poveikis, ypač kai atominė frakcija yra labai maža, stiprinamasis poveikis yra reikšmingesnis.

Kuo didesnis skirtumas tarp ištirpusių medžiagų atomų ir netauriojo metalo atominio dydžio, tuo stipresnis poveikis.

Intersticinio tirpalo atomai turi didesnį kietąjį tirpalą stiprinantį poveikį nei pakaitiniai atomai, o kadangi į kūną orientuotų kubinių kristalų intersticinių atomų gardelės iškraipymas yra asimetriškas, jų stiprinamasis poveikis yra didesnis nei į veidą nukreiptų kubinių kristalų; bet intersticiniai atomai Kietasis tirpumas yra labai ribotas, todėl tikrasis stiprinamasis poveikis taip pat yra ribotas.

Kuo didesnis valentinių elektronų skaičiaus skirtumas tarp tirpių atomų ir netauriojo metalo, tuo ryškesnis kietojo tirpalo stiprinimo efektas, ty kietojo tirpalo takumo riba didėja didėjant valentinio elektrono koncentracijai.

4. Kieto tirpalo stiprinimo laipsnis daugiausia priklauso nuo šių veiksnių

Matricos atomų ir tirpių atomų dydžio skirtumas. Kuo didesnis dydžio skirtumas, tuo didesnis pradinės kristalų struktūros trikdymas ir tuo sunkiau paslysti.

Legiruojamųjų elementų kiekis. Kuo daugiau legiruojamųjų elementų pridedama, tuo stipresnis poveikis. Jei per daug atomų yra per dideli arba per maži, tirpumas bus viršytas. Tai apima kitą stiprinimo mechanizmą, išsklaidytą fazės stiprinimą.

Intersticiniai tirpių atomai turi didesnį kietąjį tirpalą stiprinantį poveikį nei pakaitiniai atomai.

Kuo didesnis valentinių elektronų skaičiaus skirtumas tarp tirpių atomų ir netauriojo metalo, tuo reikšmingesnis yra kietojo tirpalo stiprinimo efektas.

5. Poveikis

Takumo stiprumas, atsparumas tempimui ir kietumas yra stipresni nei grynų metalų;

Daugeliu atvejų plastiškumas yra mažesnis nei gryno metalo;

Laidumas yra daug mažesnis nei gryno metalo;

Atsparumas šliaužimui arba stiprumo praradimas esant aukštai temperatūrai gali būti pagerintas stiprinant kietu tirpalu.

Darbo grūdinimasis

1. Apibrėžimas

Didėjant šalčio deformacijos laipsniui, metalinių medžiagų stiprumas ir kietumas didėja, tačiau mažėja plastiškumas ir kietumas.

2. Įvadas

Reiškinys, kai metalinių medžiagų stiprumas ir kietumas didėja, kai jos plastiškai deformuojamos žemiau rekristalizacijos temperatūros, o plastiškumas ir kietumas mažėja. Taip pat žinomas kaip šalto darbo grūdinimas. Priežastis ta, kad plastiškai deformuojant metalą, kristalų grūdeliai paslysta ir įsipainioja išnirimai, dėl to kristalų grūdeliai pailgėja, lūžta, skaidosi, metale susidaro liekamieji įtempiai. Darbinio sukietėjimo laipsnis dažniausiai išreiškiamas paviršinio sluoksnio mikrokietumo po apdirbimo ir prieš apdorojimą bei sukietėjusio sluoksnio gyliu santykiu.

3. Interpretacija dislokacijos teorijos požiūriu

(1) Susikirta tarp išnirimų, o atsiradę pjūviai trukdo išnirimams judėti;

(2) Tarp dislokacijų vyksta reakcija, o susidaręs fiksuotas išnirimas trukdo išnirimui judėti;

(3) Išnirimų daugėja, o dislokacijos tankio padidėjimas dar labiau padidina atsparumą dislokacijos judėjimui.

4. Žala

Darbinis grūdinimas sukelia sunkumų tolimesniam metalinių dalių apdorojimui. Pavyzdžiui, šaltai valcuojant plieninę plokštę, ji tampa vis sunkiau valcuojama, todėl apdorojimo metu būtina organizuoti tarpinį atkaitinimą, kad kaitinant būtų pašalintas jos darbinis sukietėjimas. Kitas pavyzdys – pjovimo metu ruošinio paviršius tampa trapus ir kietas, taip pagreitinant įrankio susidėvėjimą ir padidinant pjovimo jėgą.

5. Nauda

Jis gali pagerinti metalų stiprumą, kietumą ir atsparumą dilimui, ypač tų grynų metalų ir tam tikrų lydinių, kurių negalima pagerinti termiškai apdorojant. Pavyzdžiui, šaltai tempiamai didelio stiprumo plieninei vielai ir šaltai suvyniotai spyruoklei ir kt. naudojama šalto darbo deformacija, kad pagerintų jo stiprumą ir elastingumo ribą. Kitas pavyzdys – grūdinimas darbe, siekiant pagerinti cisternų, traktorių vikšrų, trupintuvo nasrų ir geležinkelio iešmų kietumą ir atsparumą dilimui.

6. Vaidmuo mechanikos inžinerijoje

Po šaltojo tempimo, valcavimo ir šratinimo (žr. paviršiaus stiprinimas) ir kitų procesų galima žymiai pagerinti metalinių medžiagų, detalių ir komponentų paviršiaus stiprumą;

Dalims įtempus, tam tikrų dalių vietinis įtempis dažnai viršija medžiagos takumo ribą, todėl susidaro plastinė deformacija. Dėl sukietėjimo darbe ribojamas tolesnis plastinės deformacijos vystymasis, o tai gali pagerinti dalių ir komponentų saugą;

Antspauduojant metalinę detalę ar komponentą, jos plastinė deformacija lydima stiprinimo, todėl deformacija perkeliama į aplinkui esančią neapdirbtą grūdintą dalį. Po tokių kartotinių kintamų veiksmų galima gauti vienodos skerspjūvio deformacijos šalto štampavimo dalis;

Tai gali pagerinti mažo anglies plieno pjovimo našumą ir palengvinti drožlių atskyrimą. Tačiau darbo grūdinimas taip pat sukelia sunkumų tolesniam metalinių dalių apdorojimui. Pavyzdžiui, šaltai tempta plieninė viela dėl darbo grūdinimo sunaudoja daug energijos tolesniam tempimui ir gali net nutrūkti. Todėl prieš piešimą jis turi būti atkaitintas, kad būtų išvengta sukietėjimo. Kitas pavyzdys – norint, kad pjovimo metu ruošinio paviršius būtų trapus ir kietas, pakartotinio pjovimo metu padidinama pjovimo jėga, pagreitinamas įrankio susidėvėjimas.

Smulkių grūdų stiprinimas

1. Apibrėžimas

Metalo medžiagų mechaninių savybių gerinimo būdas rafinuojant kristalų grūdelius vadinamas kristalų rafinavimo stiprinimu. Pramonėje medžiagos stiprumas pagerinamas rafinuojant kristalų grūdelius.

2. Principas

Metalai paprastai yra polikristalai, sudaryti iš daugybės kristalų grūdelių. Kristalų grūdelių dydis gali būti išreikštas kristalų grūdelių skaičiumi tūrio vienete. Kuo didesnis skaičius, tuo smulkesni krištolo grūdeliai. Eksperimentai rodo, kad smulkiagrūdžiai metalai kambario temperatūroje turi didesnį stiprumą, kietumą, plastiškumą ir kietumą nei stambiagrūdžiai metalai. Taip yra todėl, kad smulkūs grūdeliai plastiškai deformuojasi veikiant išorinei jėgai ir gali būti išsklaidyti daugiau grūdelių, plastinė deformacija yra tolygesnė, o įtempių koncentracija mažesnė; be to, kuo smulkesni grūdai, tuo didesnis grūdų ribos plotas ir vingiuotos grūdų ribos. Kuo nepalankesnis įtrūkimų plitimas. Todėl metodas, kaip pagerinti medžiagos stiprumą rafinuojant kristalų grūdelius, pramonėje vadinamas grūdų rafinavimo stiprinimu.

3. Poveikis

Kuo mažesnis grūdelių dydis, tuo mažesnis dislokacijų skaičius (n) dislokacijų klasteryje. Pagal τ=nτ0, kuo mažesnė įtempių koncentracija, tuo didesnis medžiagos stiprumas;

Smulkaus grūdo stiprinimo stiprinimo dėsnis yra tas, kad kuo daugiau grūdų ribų, tuo smulkesni grūdai. Pagal Hall-Peiqi ryšį, kuo mažesnė grūdų vidutinė vertė (d), tuo didesnė medžiagos takumo riba.

4. Grūdų rafinavimo būdas

Padidinti peršalimo laipsnį;

Pablogėjimo gydymas;

Vibracija ir maišymas;

Šaltai deformuotų metalų kristalų grūdelius galima gryninti kontroliuojant deformacijos laipsnį ir atkaitinimo temperatūrą.

Antrojo etapo sustiprinimas

1. Apibrėžimas

Palyginti su vienfaziais lydiniais, daugiafaziuose lydiniuose, be matricos fazės, yra ir antra fazė. Kai antroji fazė tolygiai pasiskirstys matricos fazėje su smulkiomis išsklaidytomis dalelėmis, ji turės didelį stiprinamąjį poveikį. Šis stiprinamasis poveikis vadinamas antrosios fazės stiprinimu.

2. Klasifikacija

Dislokacijų judėjimui antroji lydinyje esanti fazė turi šias dvi situacijas:

(1) Nedeformuojančių dalelių sutvirtinimas (aplenkimo mechanizmas).

(2) Deformuojamų dalelių sutvirtinimas (perpjovimo mechanizmas).

Ir dispersijos stiprinimas, ir kritulių stiprinimas yra ypatingi antrosios fazės stiprinimo atvejai.

3. Poveikis

Pagrindinė antrosios fazės stiprėjimo priežastis – jų sąveika su dislokacija, kuri trukdo dislokacijos judėjimui ir pagerina lydinio atsparumą deformacijai.

apibendrinti

Svarbiausi veiksniai, turintys įtakos stiprumui, yra pačios medžiagos sudėtis, struktūra ir paviršiaus būklė; antrasis yra jėgos būsena, pvz., jėgos greitis, apkrovos būdas, paprastas tempimas arba kartotinė jėga, parodys skirtingus stiprumus; Be to, didelę įtaką, kartais net lemiamą, turi ir mėginio bei tiriamosios terpės geometrija ir dydis. Pavyzdžiui, itin didelio stiprumo plieno tempiamasis stipris vandenilio atmosferoje gali sumažėti eksponentiškai.

Yra tik du būdai sustiprinti metalines medžiagas. Vienas iš jų – padidinti tarpatominę lydinio surišimo jėgą, padidinti jo teorinį stiprumą ir paruošti pilną kristalą be defektų, tokių kaip ūsai. Yra žinoma, kad geležinių ūsų stiprumas yra artimas teorinei vertei. Galima manyti, kad taip yra dėl to, kad ūsuose nėra išnirimų arba tik nedideli išnirimų, kurie negali išplisti deformacijos proceso metu. Deja, kai ūsų skersmuo didesnis, stiprumas smarkiai sumažėja. Kitas stiprinimo būdas – į kristalą įvesti daug kristalų defektų, tokių kaip išnirimai, taškiniai defektai, nevienalyčiai atomai, grūdelių ribos, labai išsklaidytos dalelės ar nehomogeniškumas (pvz., segregacija) ir tt Šie defektai trukdo išnirimų judėjimui ir taip pat žymiai pagerina metalo stiprumą. Faktai įrodė, kad tai yra veiksmingiausias būdas padidinti metalų stiprumą. Kalbant apie inžinerines medžiagas, geriau visapusiškai pasiekti reikia visapusiško stiprinimo efektų.