Reforzo de solución sólida

1. Definición

Fenómeno no que os elementos de aliaxe se disolven no metal base para provocar un certo grao de distorsión da rede e aumentar así a resistencia da aliaxe.

2. Principio

Os átomos de soluto disoltos na solución sólida provocan a distorsión da rede, o que aumenta a resistencia ao movemento de dislocación, dificulta o deslizamento e aumenta a resistencia e dureza da solución sólida de aliaxe. Este fenómeno de fortalecemento do metal ao disolver un determinado elemento soluto para formar unha solución sólida chámase fortalecemento da solución sólida. Cando a concentración de átomos de soluto é adecuada, pódese aumentar a resistencia e dureza do material, pero a súa dureza e plasticidade diminuíron.

3. Factores que inflúen

Canto maior sexa a fracción atómica dos átomos de soluto, maior será o efecto de fortalecemento, especialmente cando a fracción atómica é moi baixa, o efecto de fortalecemento é máis significativo.

Canto maior sexa a diferenza entre os átomos de soluto e o tamaño atómico do metal base, maior será o efecto de fortalecemento.

Os átomos de soluto intersticiais teñen un maior efecto de fortalecemento da solución sólida que os átomos de substitución, e debido a que a distorsión da rede dos átomos intersticiais en cristais cúbicos centrados no corpo é asimétrica, o seu efecto de fortalecemento é maior que o dos cristais cúbicos centrados na cara; pero átomos intersticiais A solubilidade sólida é moi limitada, polo que o efecto de fortalecemento real tamén é limitado.

Canto maior sexa a diferenza no número de electróns de valencia entre os átomos de soluto e o metal base, máis evidente é o efecto de fortalecemento da solución sólida, é dicir, o límite de fluencia da solución sólida aumenta co aumento da concentración de electróns de valencia.

4. O grao de reforzo da solución sólida depende principalmente dos seguintes factores

A diferenza de tamaño entre átomos da matriz e átomos de soluto. Canto maior sexa a diferenza de tamaño, maior será a interferencia coa estrutura cristalina orixinal e máis difícil será o deslizamento da luxación.

A cantidade de elementos de aliaxe. Cantos máis elementos de aliaxe se engaden, maior será o efecto de fortalecemento. Se demasiados átomos son demasiado grandes ou demasiado pequenos, a solubilidade superarase. Isto implica outro mecanismo de fortalecemento, o fortalecemento da fase dispersa.

Os átomos de solutos intersticiais teñen un maior efecto de fortalecemento da solución sólida que os átomos de substitución.

Canto maior sexa a diferenza no número de electróns de valencia entre os átomos de soluto e o metal base, máis significativo será o efecto de fortalecemento da solución sólida.

5. Efecto

O límite de fluencia, a resistencia á tracción e a dureza son máis fortes que os metais puros;

Na maioría dos casos, a ductilidade é menor que a do metal puro;

A condutividade é moito menor que o metal puro;

A resistencia á fluencia, ou a perda de forza a altas temperaturas, pódese mellorar mediante o reforzo da solución sólida.

Endurecemento do traballo

1. Definición

A medida que aumenta o grao de deformación en frío, a resistencia e dureza dos materiais metálicos aumentan, pero a plasticidade e a dureza diminúen.

2. Introdución

Fenómeno no que a resistencia e dureza dos materiais metálicos aumentan cando se deforman plasticamente por debaixo da temperatura de recristalización, mentres que a plasticidade e a dureza diminúen. Tamén coñecido como endurecemento por traballo en frío. A razón é que, cando o metal se deforma plasticamente, os grans de cristal escorregan e as dislocacións enredan, o que fai que os grans de cristal se alarguen, rompan e se fibron, e que se xeren tensións residuais no metal. O grao de endurecemento por traballo adoita expresarse pola relación entre a microdureza da capa superficial despois do procesado e a antes do procesamento e a profundidade da capa endurecida.

3. Interpretación desde a perspectiva da teoría da dislocación

(1) A intersección prodúcese entre dislocacións e os cortes resultantes dificultan o movemento das dislocacións;

(2) Prodúcese unha reacción entre luxacións, e a luxación fixa formada dificulta o movemento da luxación;

(3) Prodúcese a proliferación de luxacións e o aumento da densidade de luxación aumenta aínda máis a resistencia ao movemento de luxación.

4. Dano

O endurecemento por traballo trae dificultades para o procesamento posterior de pezas metálicas. Por exemplo, no proceso de laminación en frío da placa de aceiro, será cada vez máis difícil de rodar, polo que é necesario organizar un recocido intermedio durante o proceso de procesamento para eliminar o seu endurecemento por quecemento. Outro exemplo é facer que a superficie da peza sexa fráxil e dura no proceso de corte, acelerando así o desgaste da ferramenta e aumentando a forza de corte.

5. Beneficios

Pode mellorar a resistencia, dureza e resistencia ao desgaste dos metais, especialmente para aqueles metais puros e certas aliaxes que non se poden mellorar mediante tratamento térmico. Por exemplo, o fío de aceiro de alta resistencia estirado en frío e o resorte enrolado en frío, etc., utilizan a deformación de traballo en frío para mellorar a súa resistencia e límite elástico. Outro exemplo é o uso do endurecemento por traballo para mellorar a dureza e a resistencia ao desgaste de tanques, vías de tractor, mandíbulas de trituración e desvíos ferroviarios.

6. Papel na enxeñaría mecánica

Despois do debuxo en frío, o laminado e o granallado (ver reforzamento da superficie) e outros procesos, a resistencia superficial dos materiais, pezas e compoñentes metálicos pódese mellorar significativamente;

Despois de que as pezas están tensadas, a tensión local de certas pezas adoita exceder o límite de rendemento do material, causando deformación plástica. Debido ao endurecemento por traballo, o desenvolvemento continuo da deformación plástica está restrinxido, o que pode mellorar a seguridade de pezas e compoñentes;

Cando se estampa unha peza ou compoñente metálico, a súa deformación plástica vai acompañada de reforzo, polo que a deformación transfírese á parte endurecida sen traballar ao seu redor. Despois de tales accións alternas repetidas, pódense obter pezas de estampación en frío cunha deformación transversal uniforme;

Pode mellorar o rendemento de corte do aceiro baixo en carbono e facilitar a separación das lascas. Pero o endurecemento tamén trae dificultades para o procesamento posterior de pezas metálicas. Por exemplo, o fío de aceiro estirado en frío consome moita enerxía para o estirado posterior debido ao endurecemento por traballo, e ata pode romperse. Polo tanto, debe ser recocido para eliminar o endurecemento antes do debuxo. Outro exemplo é que para facer que a superficie da peza sexa fráxil e dura durante o corte, a forza de corte aumenta durante o novo corte e o desgaste da ferramenta se acelera.

Reforzo de gran fino

1. Definición

O método para mellorar as propiedades mecánicas dos materiais metálicos mediante o refinado dos grans de cristal chámase reforzo de refino de cristal. Na industria, a resistencia do material é mellorada refinando os grans de cristal.

2. Principio

Os metais adoitan ser policristais compostos por moitos grans de cristal. O tamaño dos grans de cristal pódese expresar polo número de grans de cristal por unidade de volume. Canto maior sexa o número, máis finos serán os grans de cristal. Os experimentos mostran que os metais de gran fino a temperatura ambiente teñen maior resistencia, dureza, plasticidade e tenacidade que os metais de gran groso. Isto débese a que os grans finos sofren unha deformación plástica baixo a forza externa e poden dispersarse en máis grans, a deformación plástica é máis uniforme e a concentración de tensión é menor; ademais, canto máis finos sexan os grans, maior será a área de límite de grans e os límites dos grans máis tortuosos. Canto máis desfavorable sexa a propagación das gretas. Polo tanto, o método para mellorar a resistencia do material mediante o refinado dos grans de cristal chámase reforzo de refinado de grans na industria.

3. Efecto

Canto menor sexa o tamaño do gran, menor será o número de luxacións (n) no grupo de luxacións. Segundo τ=nτ0, canto menor é a concentración de tensión, maior é a resistencia do material;

A lei de fortalecemento do reforzo de gran fino é que cantos máis límites de grans, máis finos serán os grans. Segundo a relación Hall-Peiqi, canto menor sexa o valor medio (d) dos grans, maior será o límite de fluencia do material.

4. O método de refinamento de grans

Aumentar o grao de subenfriamento;

tratamento de deterioración;

Vibración e axitación;

Para metais deformados en frío, os grans de cristal pódense refinar controlando o grao de deformación e a temperatura de recocido.

Reforzo segunda fase

1. Definición

En comparación coas aliaxes monofásicas, as aliaxes multifásicas teñen unha segunda fase ademais da fase matriz. Cando a segunda fase se distribúe uniformemente na fase da matriz con partículas finas dispersas, terá un efecto de fortalecemento significativo. Este efecto de fortalecemento chámase fortalecemento da segunda fase.

2. Clasificación

Para o movemento de dislocacións, a segunda fase contida na aliaxe ten as dúas situacións seguintes:

(1) Reforzo de partículas indeformables (mecanismo de derivación).

(2) Reforzo de partículas deformables (mecanismo de corte).

Tanto o reforzo da dispersión como o reforzo da precipitación son casos especiais de reforzo da segunda fase.

3. Efecto

A principal razón para o fortalecemento da segunda fase é a interacción entre eles e a dislocación, que dificulta o movemento da dislocación e mellora a resistencia á deformación da aliaxe.

para resumir

Os factores máis importantes que afectan á resistencia son a composición, a estrutura e o estado superficial do propio material; o segundo é o estado da forza, como a velocidade da forza, o método de carga, o estiramento simple ou a forza repetida, mostrará diferentes forzas; Ademais, a xeometría e o tamaño da mostra e o medio de proba tamén teñen unha grande influencia, ás veces mesmo decisiva. Por exemplo, a resistencia á tracción do aceiro de ultra alta resistencia nunha atmosfera de hidróxeno pode caer exponencialmente.

Só hai dúas formas de reforzar os materiais metálicos. Unha delas é aumentar a forza de enlace interatómico da aliaxe, aumentar a súa resistencia teórica e preparar un cristal completo sen defectos, como os bigotes. Sábese que a forza dos bigotes de ferro está preto do valor teórico. Pódese considerar que isto se debe a que non hai luxacións nos bigotes, ou só unha pequena cantidade de luxacións que non poden proliferar durante o proceso de deformación. Desafortunadamente, cando o diámetro do bigote é maior, a forza cae drasticamente. Outro enfoque de fortalecemento é introducir no cristal un gran número de defectos de cristal, como dislocacións, defectos puntuais, átomos heteroxéneos, límites de grans, partículas moi dispersas ou inhomoxeneidades (como a segregación), etc. Estes defectos dificultan o movemento das dislocacións e tamén mellorar significativamente a resistencia do metal. Os feitos demostraron que esta é a forma máis eficaz de aumentar a resistencia dos metais. Para os materiais de enxeñaría, é xeralmente a través de efectos de reforzo completo para lograr un mellor rendemento completo.