Definicja
Gdy materiał ugina się, zjawisko, w którym jego wytrzymałość i twardość wzrasta, podczas gdy jego plastyczność i wytrzymałość maleją wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia, nazywa się utwardzaniem odkształcalnym lub utwardzaniem przez zgniot.
02
Mechanizm
W miarę postępu odkształcenia plastycznego wzrasta gęstość dyslokacji, powodując bardziej złożone interakcje pomiędzy dyslokacjami podczas ruchu. Powoduje to powstawanie stałych stopni i splotów dyslokacyjnych, które zwiększają opór ruchu dyslokacyjnego, zwiększając odporność na odkształcenia i utrudniając dalsze odkształcenia plastyczne, zwiększając tym samym wytrzymałość metalu.
Wzór fizyczny: wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia zwiększa się wytrzymałość i twardość materiału, podczas gdy jego plastyczność i wytrzymałość maleją. Gęstość dyslokacji stale rośnie. Zgodnie ze wzorem i rysunkiem siła jest proporcjonalna do kwadratu gęstości dyslokacji ρ. Im większy wektor Burgersa b dyslokacji, tym bardziej znaczący jest efekt wzmocnienia.
03
Metody
Odkształcenie na zimno, takie jak tłoczenie na zimno, walcowanie i śrutowanie.
04
Przykład
Drut stalowy ciągniony na zimno może wykładniczo zwiększyć jego wytrzymałość.
05
Praktyczne znaczenie wzmacniania odkształceniowego (zalety i wady)
(1) Zalety:
① Wzmocnienie odkształceniowe jest skuteczną metodą wzmacniania metali. W przypadku niektórych materiałów, których nie można wzmocnić poprzez obróbkę cieplną, można zastosować wzmocnienie odkształceniowe w celu zwiększenia wytrzymałości materiału, co może wykładniczo zwiększyć wytrzymałość.
② Jest to ważny czynnik w przetwarzaniu i formowaniu niektórych przedmiotów lub półproduktów. Powoduje równomierne odkształcenie metalu, umożliwiając formowanie detali lub półproduktów,-takich jak drut stalowy-ciągniony na zimno i tłoczenie części.
③ Wzmocnienie odkształceń może również poprawić bezpieczeństwo części lub komponentów podczas użytkowania. Kiedy w niektórych częściach części wystąpi koncentracja naprężeń lub przeciążenie, w tej części następuje odkształcenie plastyczne. Dzięki hartowaniu przez zgniot odkształcenie przeciążonej części zatrzymuje się, co poprawia bezpieczeństwo.
(2) Wady:
① Wzmocnienie odkształceniowe powoduje również problemy w produkcji i stosowaniu materiałów. Odkształcenie zwiększa wytrzymałość i zmniejsza plastyczność, utrudniając dalsze odkształcanie i wymagając większego zużycia energii.
② Aby umożliwić dalsze odkształcanie się materiału, w środku wymagane jest wyżarzanie rekrystalizacyjne, aby materiał mógł w dalszym ciągu odkształcać się bez pękania, co zwiększa koszty produkcji.
Zdjęcie
Zdjęcie
II. Solidne rozwiązanie wzmacniające
Zdjęcie
01
Definicja
Zjawisko polegające na tym, że wytrzymałość i twardość roztworu stałego wzrasta, podczas gdy plastyczność i wytrzymałość maleją wraz ze wzrostem zawartości atomów substancji rozpuszczonej, nazywa się wzmacnianiem roztworu stałego.
02
Mechanizm
(1) Rozpuszczanie atomów substancji rozpuszczonej powoduje zniekształcenie sieci roztworu stałego, co utrudnia ruch dyslokacji w płaszczyźnie poślizgu.
(2) Gaz Coriolisa utworzony przez atomy substancji rozpuszczonej rozdzielone na linii dyslokacji unieruchamia dyslokację i zwiększa opór wobec ruchu dyslokacyjnego.
(3) Segregacja atomów substancji rozpuszczonej w obszarze błędu ułożenia utrudnia ruch wydłużonych dyslokacji. Wszystkie czynniki utrudniające ruch dyslokacyjny i zwiększające odporność na ruch dyslokacyjny mogą zwiększać siłę.
03
Prawo
①W zakresie rozpuszczalności roztworów stałych im większy udział masowy pierwiastka stopowego, tym większy efekt wzmacniający
②Im większa różnica wielkości pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i atomami rozpuszczalnika, tym bardziej znaczący jest efekt wzmacniający.
③ Wzmacniający efekt pierwiastków rozpuszczonych tworzących śródmiąższowe roztwory stałe jest większy niż pierwiastków tworzących substytucyjne roztwory stałe.
④ Im większa różnica w liczbie elektronów walencyjnych pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, tym większy efekt wzmacniający.
04
Metody
Stopowanie, czyli dodatek pierwiastków stopowych.
05
Przykład
Wytrzymałość stopów miedzi-niklu jest większa niż czystej miedzi i niklu.
Obraz
Obraz
III. Wzmocnienie rozdrobnienia ziarna
Obraz
01
Definicja
Wzmocnienie przez rozdrobnienie ziarna to zjawisko polegające na wzroście wytrzymałości i twardości materiału, przy jednoczesnej poprawie jego plastyczności i wytrzymałości w miarę zmniejszania się wielkości ziaren.
02
Mechanizm
Zasadą tego efektu jest opóźnienie poślizgu dyslokacji przez granice ziaren. W materiałach polikrystalicznych ruch dyslokacyjny musi pokonać opór granic ziaren. Dzieje się tak dlatego, że dyslokacje po obu stronach granicy ziaren mają różną orientację. Dlatego w danym ziarnie dyslokacja poślizgowa nie może bezpośrednio przekroczyć granicy ziaren do sąsiedniego ziarna. Dopiero gdy na granicy ziaren zgromadzi się duża liczba dyslokacji, powodując koncentrację naprężeń, można stymulować ruch istniejących dyslokacji w sąsiednich ziarnach, powodując poślizg. Dlatego im drobniejsze ziarna, tym większa wytrzymałość materiału.
03
Reguła
Im drobniejsze ziarna, tym większy obszar graniczny ziaren. Zgodnie z równaniem Halla-Page’a im mniejsza średnia średnica ziarna d, tym wyższa granica plastyczności σs materiału.
04
Metody rafinacji ziarna
① Podczas procesu krystalizacji rozdrobnienie ziarna można osiągnąć poprzez zwiększenie stopnia przechłodzenia, dokonanie modyfikacji, wibrowanie i mieszanie w celu zwiększenia szybkości zarodkowania.
② W przypadku metali odkształconych na zimno-rozdrobnienie ziarna można osiągnąć kontrolując stopień odkształcenia i temperaturę wyżarzania.
③ Rozdrobnienie ziarna można osiągnąć poprzez obróbkę cieplną, taką jak normalizowanie i wyżarzanie.
④ Do stali można dodawać pierwiastki stopowe, tworząc nowe fazy, hamując w ten sposób wzrost ziaren.
Obraz
Obraz
IV. Wzmocnienie drugiej fazy
Obraz
01
Definicja
Obecność jednej lub więcej dodatkowych faz w osnowie metalu zwiększa wytrzymałość metalu. W zależności od procesu zastosowanego do uzyskania drugiej fazy, wzmocnienie drugiej fazy można podzielić na następujące kategorie: ① Wzmocnienie wydzieleniowe: uzyskanie drugiej fazy poprzez obróbkę cieplną z przemianą fazową. ② Wzmocnienie dyspersyjne: uzyskanie drugiej fazy poprzez spiekanie proszku lub wewnętrzne utlenianie.
02
Mechanizm
Podczas ruchu dyslokacyjnego dyslokacje napotykają fazę wtórną i muszą ją ominąć lub przeciąć. Ta faza wtórna utrudnia ruch dyslokacyjny, zwiększając wytrzymałość materiału.
03
Przykład
Obecność cementytu w stali zwiększa jej wytrzymałość.
