Ενίσχυση στερεού διαλύματος

1. Ορισμός

Ένα φαινόμενο κατά το οποίο στοιχεία κράματος διαλύονται στο βασικό μέταλλο για να προκαλέσουν έναν ορισμένο βαθμό παραμόρφωσης του πλέγματος και έτσι να αυξήσουν την αντοχή του κράματος.

2. Αρχή

Τα άτομα διαλυμένης ουσίας που διαλύονται στο στερεό διάλυμα προκαλούν παραμόρφωση του πλέγματος, η οποία αυξάνει την αντίσταση στην κίνηση των εξάρσεων, δυσχεραίνει την ολίσθηση και αυξάνει την αντοχή και τη σκληρότητα του στερεού διαλύματος του κράματος. Αυτό το φαινόμενο ενίσχυσης του μετάλλου με τη διάλυση ενός συγκεκριμένου στοιχείου διαλυμένης ουσίας για να σχηματιστεί ένα στερεό διάλυμα ονομάζεται ενίσχυση σε στερεό διάλυμα. Όταν η συγκέντρωση των ατόμων διαλυμένης ουσίας είναι η κατάλληλη, η αντοχή και η σκληρότητα του υλικού μπορούν να αυξηθούν, αλλά η σκληρότητα και η πλαστικότητά του μειώνονται.

3. Παράγοντες που επηρεάζουν

Όσο υψηλότερο είναι το ατομικό κλάσμα των ατόμων της διαλυμένης ουσίας, τόσο μεγαλύτερο είναι το ενισχυτικό αποτέλεσμα, ειδικά όταν το ατομικό κλάσμα είναι πολύ χαμηλό, το ενισχυτικό αποτέλεσμα είναι πιο σημαντικό.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ των ατόμων της διαλυμένης ουσίας και του ατομικού μεγέθους του βασικού μετάλλου, τόσο μεγαλύτερο είναι το ενισχυτικό αποτέλεσμα.

Τα ενδιάμεσα άτομα διαλυμένης ουσίας έχουν μεγαλύτερο αποτέλεσμα ενίσχυσης του στερεού διαλύματος από τα άτομα αντικατάστασης και, επειδή η παραμόρφωση του πλέγματος των ενδιάμεσων ατόμων σε κυβικούς κρυστάλλους με κέντρο το σώμα είναι ασύμμετρη, το αποτέλεσμα ενίσχυσής τους είναι μεγαλύτερο από αυτό των κυβικών κρυστάλλων με κέντρο την επιφάνεια. Ωστόσο, η διαλυτότητα των ενδιάμεσων ατόμων σε στερεό διάλυμα είναι πολύ περιορισμένη, επομένως το πραγματικό αποτέλεσμα ενίσχυσης είναι επίσης περιορισμένο.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους μεταξύ των ατόμων της διαλυμένης ουσίας και του βασικού μετάλλου, τόσο πιο εμφανές είναι το φαινόμενο ενίσχυσης του στερεού διαλύματος, δηλαδή το όριο διαρροής του στερεού διαλύματος αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων σθένους.

4. Ο βαθμός ενίσχυσης του στερεού διαλύματος εξαρτάται κυρίως από τους ακόλουθους παράγοντες

Η διαφορά μεγέθους μεταξύ των ατόμων μήτρας και των ατόμων διαλυμένης ουσίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεγέθους, τόσο μεγαλύτερη είναι η παρεμβολή στην αρχική κρυσταλλική δομή και τόσο πιο δύσκολη είναι η ολίσθηση λόγω εξάρθρωσης.

Η ποσότητα των στοιχείων κράματος. Όσο περισσότερα στοιχεία κράματος προστίθενται, τόσο μεγαλύτερο είναι το ενισχυτικό αποτέλεσμα. Εάν πάρα πολλά άτομα είναι πολύ μεγάλα ή πολύ μικρά, η διαλυτότητα θα ξεπεραστεί. Αυτό περιλαμβάνει έναν άλλο μηχανισμό ενίσχυσης, την ενίσχυση της διασπαρμένης φάσης.

Τα ενδιάμεσα άτομα διαλυμένης ουσίας έχουν μεγαλύτερη επίδραση ενίσχυσης του στερεού διαλύματος από τα άτομα αντικατάστασης.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους μεταξύ των ατόμων της διαλυμένης ουσίας και του βασικού μετάλλου, τόσο πιο σημαντικό είναι το φαινόμενο ενίσχυσης του στερεού διαλύματος.

5. Επίδραση

Το όριο διαρροής, η αντοχή σε εφελκυσμό και η σκληρότητα είναι ισχυρότερα από τα καθαρά μέταλλα.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ολκιμότητα είναι χαμηλότερη από αυτή του καθαρού μετάλλου.

Η αγωγιμότητα είναι πολύ χαμηλότερη από το καθαρό μέταλλο.

Η αντοχή στον ερπυσμό, ή η απώλεια αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να βελτιωθεί με ενίσχυση σε στερεό διάλυμα.

Σκλήρυνση εργασίας

1. Ορισμός

Καθώς αυξάνεται ο βαθμός ψυχρής παραμόρφωσης, η αντοχή και η σκληρότητα των μεταλλικών υλικών αυξάνονται, αλλά η πλαστικότητα και η ανθεκτικότητα μειώνονται.

2. Εισαγωγή

Ένα φαινόμενο κατά το οποίο η αντοχή και η σκληρότητα των μεταλλικών υλικών αυξάνονται όταν παραμορφώνονται πλαστικά κάτω από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης, ενώ η πλαστικότητα και η ανθεκτικότητα μειώνονται. Γνωστό και ως σκλήρυνση εν ψυχρώ. Ο λόγος είναι ότι όταν το μέταλλο παραμορφώνεται πλαστικά, οι κρυσταλλικοί κόκκοι ολισθαίνουν και οι εξαρθρώσεις μπλέκονται, γεγονός που προκαλεί την επιμήκυνση, το σπάσιμο και την ινοποίηση των κρυσταλλικών κόκκων, και δημιουργούνται υπολειμματικές τάσεις στο μέταλλο. Ο βαθμός σκλήρυνσης εν ψυχρώ εκφράζεται συνήθως από την αναλογία της μικροσκληρότητας του επιφανειακού στρώματος μετά την επεξεργασία προς εκείνη πριν από την επεξεργασία και το βάθος του σκληρυμένου στρώματος.

3. Ερμηνεία από την οπτική γωνία της θεωρίας των εξάρσεων

(1) Υπάρχει τομή μεταξύ των εξαρθρώσεων και οι τομές που προκύπτουν εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων.

(2) Μεταξύ των εξαρθρώσεων εμφανίζεται μια αντίδραση και η σχηματιζόμενη σταθερή εξάρθρωση εμποδίζει την κίνηση της εξάρθρωσης.

(3) Πραγματοποιείται πολλαπλασιασμός των εξαρθρώσεων και η αύξηση της πυκνότητας των εξαρθρώσεων αυξάνει περαιτέρω την αντίσταση στην κίνηση των εξαρθρώσεων.

4. Βλάβη

Η σκλήρυνση κατά την κατεργασία δημιουργεί δυσκολίες στην περαιτέρω επεξεργασία των μεταλλικών εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία ψυχρής έλασης της χαλύβδινης πλάκας, η κύλιση γίνεται όλο και πιο δύσκολη, επομένως είναι απαραίτητο να διευθετηθεί ενδιάμεση ανόπτηση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επεξεργασίας για να αποφευχθεί η σκλήρυνση κατά την κατεργασία με θέρμανση. Ένα άλλο παράδειγμα είναι να γίνει η επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας εύθραυστη και σκληρή κατά τη διαδικασία κοπής, επιταχύνοντας έτσι τη φθορά του εργαλείου και αυξάνοντας τη δύναμη κοπής.

5. Οφέλη

Μπορεί να βελτιώσει την αντοχή, τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά των μετάλλων, ειδικά για εκείνα τα καθαρά μέταλλα και ορισμένα κράματα που δεν μπορούν να βελτιωθούν με θερμική επεξεργασία. Για παράδειγμα, το σύρμα χάλυβα υψηλής αντοχής ψυχρής έλξης και το ελατήριο ψυχρής περιέλιξης κ.λπ., χρησιμοποιούν παραμόρφωση ψυχρής κατεργασίας για να βελτιώσουν την αντοχή και το όριο ελαστικότητάς τους. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η χρήση σκλήρυνσης κατεργασίας για τη βελτίωση της σκληρότητας και της αντοχής στη φθορά δεξαμενών, ραγών τρακτέρ, σιαγόνων θραυστήρων και σιδηροδρομικών στροφών.

6. Ρόλος στη μηχανολογία

Μετά την ψυχρή έλξη, την έλαση και την σφαιροβολή (βλ. ενίσχυση επιφάνειας) και άλλες διαδικασίες, η επιφανειακή αντοχή των μεταλλικών υλικών, εξαρτημάτων και εξαρτημάτων μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.

Αφού τα εξαρτήματα υποστούν τάση, η τοπική τάση ορισμένων εξαρτημάτων συχνά υπερβαίνει το όριο ελαστικότητας του υλικού, προκαλώντας πλαστική παραμόρφωση. Λόγω της σκλήρυνσης κατά την εργασία, η συνεχής ανάπτυξη πλαστικής παραμόρφωσης περιορίζεται, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει την ασφάλεια των εξαρτημάτων και των εξαρτημάτων.

Όταν ένα μεταλλικό εξάρτημα ή εξάρτημα σφραγίζεται, η πλαστική του παραμόρφωση συνοδεύεται από ενίσχυση, έτσι ώστε η παραμόρφωση να μεταφέρεται στο ακατέργαστο σκληρυμένο εξάρτημα γύρω του. Μετά από τέτοιες επαναλαμβανόμενες εναλλασσόμενες ενέργειες, μπορούν να ληφθούν εξαρτήματα ψυχρής σφράγισης με ομοιόμορφη παραμόρφωση διατομής.

Μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κοπής του χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και να κάνει τα θραύσματα εύκολο να διαχωριστούν. Ωστόσο, η σκλήρυνση κατά την κατεργασία δημιουργεί επίσης δυσκολίες στην περαιτέρω επεξεργασία των μεταλλικών μερών. Για παράδειγμα, το χαλύβδινο σύρμα ψυχρής έλξης καταναλώνει πολλή ενέργεια για περαιτέρω έλξη λόγω της σκλήρυνσης κατά την κατεργασία και μπορεί ακόμη και να σπάσει. Επομένως, πρέπει να υποβληθεί σε ανόπτηση για να αποφευχθεί η σκλήρυνση κατά την κατεργασία πριν από την έλξη. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ότι για να γίνει η επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας εύθραυστη και σκληρή κατά την κοπή, η δύναμη κοπής αυξάνεται κατά την επανακοπή και η φθορά του εργαλείου επιταχύνεται.

Ενίσχυση λεπτών κόκκων

1. Ορισμός

Η μέθοδος βελτίωσης των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών με τον εξευγενισμό των κρυσταλλικών κόκκων ονομάζεται ενίσχυση με εξευγενισμό κρυστάλλων. Στη βιομηχανία, η αντοχή του υλικού βελτιώνεται με τον εξευγενισμό των κρυσταλλικών κόκκων.

2. Αρχή

Τα μέταλλα είναι συνήθως πολυκρύσταλλοι που αποτελούνται από πολλούς κρυσταλλικούς κόκκους. Το μέγεθος των κρυσταλλικών κόκκων μπορεί να εκφραστεί με τον αριθμό των κρυσταλλικών κόκκων ανά μονάδα όγκου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο λεπτότεροι είναι οι κρυσταλλικοί κόκκοι. Τα πειράματα δείχνουν ότι τα λεπτόκοκκα μέταλλα σε θερμοκρασία δωματίου έχουν υψηλότερη αντοχή, σκληρότητα, πλαστικότητα και ανθεκτικότητα από τα χονδρόκοκκα μέταλλα. Αυτό συμβαίνει επειδή οι λεπτοί κόκκοι υφίστανται πλαστική παραμόρφωση υπό εξωτερική δύναμη και μπορούν να διασκορπιστούν σε περισσότερους κόκκους, η πλαστική παραμόρφωση είναι πιο ομοιόμορφη και η συγκέντρωση τάσης είναι μικρότερη. Επιπλέον, όσο λεπτότεροι είναι οι κόκκοι, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή ορίων των κόκκων και τόσο πιο ελικοειδή είναι τα όρια των κόκκων. Όσο πιο δυσμενής είναι η διάδοση των ρωγμών. Επομένως, η μέθοδος βελτίωσης της αντοχής του υλικού με τον εξευγενισμό των κρυσταλλικών κόκκων ονομάζεται ενίσχυση με εξευγενισμό κόκκων στη βιομηχανία.

3. Επίδραση

Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των κόκκων, τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός των εξαρθρώσεων (n) στη συστάδα εξαρθρώσεων. Σύμφωνα με τ=nτ0, όσο μικρότερη είναι η συγκέντρωση τάσης, τόσο υψηλότερη είναι η αντοχή του υλικού.

Ο νόμος ενίσχυσης της λεπτόκοκκης ενίσχυσης είναι ότι όσο περισσότερα όρια υπάρχουν στους κόκκους, τόσο λεπτότεροι είναι οι κόκκοι. Σύμφωνα με τη σχέση Hall-Peiqi, όσο μικρότερη είναι η μέση τιμή (d) των κόκκων, τόσο υψηλότερο είναι το όριο διαρροής του υλικού.

4. Η μέθοδος βελτίωσης των κόκκων

Αυξήστε τον βαθμό υποψύξης.

Θεραπεία επιδείνωσης;

Δόνηση και ανάδευση.

Για τα μέταλλα που έχουν παραμορφωθεί εν ψυχρώ, οι κρυσταλλικοί κόκκοι μπορούν να βελτιωθούν ελέγχοντας τον βαθμό παραμόρφωσης και τη θερμοκρασία ανόπτησης.

Δεύτερη φάση ενίσχυσης

1. Ορισμός

Σε σύγκριση με τα μονοφασικά κράματα, τα πολυφασικά κράματα έχουν μια δεύτερη φάση εκτός από τη φάση μήτρας. Όταν η δεύτερη φάση κατανέμεται ομοιόμορφα στη φάση μήτρας με λεπτά διασκορπισμένα σωματίδια, θα έχει σημαντικό ενισχυτικό αποτέλεσμα. Αυτό το ενισχυτικό αποτέλεσμα ονομάζεται ενίσχυση δεύτερης φάσης.

2. Ταξινόμηση

Για την κίνηση των εξαρθρώσεων, η δεύτερη φάση που περιέχεται στο κράμα έχει τις ακόλουθες δύο καταστάσεις:

(1) Ενίσχυση μη παραμορφώσιμων σωματιδίων (μηχανισμός παράκαμψης).

(2) Ενίσχυση παραμορφώσιμων σωματιδίων (μηχανισμός κοπής).

Τόσο η ενίσχυση με διασπορά όσο και η ενίσχυση με καθίζηση αποτελούν ειδικές περιπτώσεις ενίσχυσης δεύτερης φάσης.

3. Επίδραση

Ο κύριος λόγος για την ενίσχυση της δεύτερης φάσης είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών και της εξάρθρωσης, η οποία εμποδίζει την κίνηση της εξάρθρωσης και βελτιώνει την αντοχή στην παραμόρφωση του κράματος.

για να συνοψίσω

Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή είναι η σύνθεση, η δομή και η κατάσταση της επιφάνειας του ίδιου του υλικού. Ο δεύτερος είναι η κατάσταση της δύναμης, όπως η ταχύτητα της δύναμης, η μέθοδος φόρτωσης, η απλή τάνυση ή η επαναλαμβανόμενη δύναμη, θα δείξουν διαφορετικές αντοχές. Επιπλέον, η γεωμετρία και το μέγεθος του δείγματος και του μέσου δοκιμής έχουν επίσης μεγάλη επιρροή, μερικές φορές ακόμη και καθοριστική. Για παράδειγμα, η αντοχή σε εφελκυσμό του χάλυβα εξαιρετικά υψηλής αντοχής σε ατμόσφαιρα υδρογόνου μπορεί να μειωθεί εκθετικά.

Υπάρχουν μόνο δύο τρόποι για την ενίσχυση των μεταλλικών υλικών. Ο ένας είναι η αύξηση της διατομικής δύναμης σύνδεσης του κράματος, η αύξηση της θεωρητικής του αντοχής και η παρασκευή ενός πλήρους κρυστάλλου χωρίς ελαττώματα, όπως οι ίνες. Είναι γνωστό ότι η αντοχή των ινών σιδήρου είναι κοντά στη θεωρητική τιμή. Μπορεί να θεωρηθεί ότι αυτό συμβαίνει επειδή δεν υπάρχουν εξαρθρώσεις στις ίνες ή μόνο μια μικρή ποσότητα εξαρθρώσεων που δεν μπορούν να πολλαπλασιαστούν κατά τη διαδικασία παραμόρφωσης. Δυστυχώς, όταν η διάμετρος της ίνας είναι μεγαλύτερη, η αντοχή μειώνεται απότομα. Μια άλλη προσέγγιση ενίσχυσης είναι η εισαγωγή μεγάλου αριθμού κρυσταλλικών ελαττωμάτων στον κρύσταλλο, όπως εξαρθρώσεις, σημειακά ελαττώματα, ετερογενή άτομα, όρια κόκκων, σωματίδια με υψηλή διασπορά ή ανομοιογένειες (όπως ο διαχωρισμός) κ.λπ. Αυτά τα ελαττώματα εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων και επίσης βελτιώνουν σημαντικά την αντοχή του μετάλλου. Τα γεγονότα έχουν αποδείξει ότι αυτός είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για την αύξηση της αντοχής των μετάλλων. Για τα μηχανικά υλικά, γενικά επιτυγχάνεται καλύτερη συνολική απόδοση μέσω ολοκληρωμένων ενισχυτικών επιδράσεων.