Gdy materiał ustępuje, zjawisko, w którym jego wytrzymałość i twardość wzrasta, podczas gdy jego plastyczność i wytrzymałość maleją wraz ze wzrostem odkształcenia, nazywa się utwardzaniem przez zgniot lub umocnieniem przez zgniot.
02
Mechanizm
W miarę postępu odkształcenia plastycznego gęstość dyslokacji stale rośnie. Dlatego też krzyżowanie się dyslokacji podczas ruchu nasila się, co skutkuje stałymi rozszczepieniami, splątaniami dyslokacyjnymi i innymi przeszkodami. Zwiększa to odporność na ruchy dyslokacyjne, co prowadzi do zwiększenia odporności na odkształcenia i utrudnia dalsze odkształcenia plastyczne, zwiększając w ten sposób wytrzymałość metalu.
Reguła: Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia zwiększa się wytrzymałość i twardość materiału, natomiast maleje jego plastyczność i wytrzymałość. Gęstość dyslokacji stale rośnie. Zgodnie ze wzorem wzór siła jest wprost proporcjonalna do pierwszej potęgi 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, śrutowanie itp.
04
Przykład
Drut stalowy-ciągniony na zimno może kilkakrotnie zwiększyć swoją wytrzymałość.
05
Praktyczne znaczenie wzmacniania odkształcenia (zalety i wady)
(1) Zalety:
① Wzmocnienie przez odkształcenie jest skuteczną metodą wzmacniania metali. W przypadku materiałów, których nie można wzmocnić poprzez obróbkę cieplną, wzmocnienie przez odkształcenie może kilkukrotnie zwiększyć ich wytrzymałość.
② Jest ważnym czynnikiem w formowaniu niektórych przedmiotów obrabianych lub półproduktów-, umożliwia równomierne odkształcenie metalu i umożliwia formowanie przedmiotów obrabianych lub półproduktów, takich jak-drut stalowy ciągniony na zimno i tłoczenie części.
③ Wzmocnienie naprężeniowe może również poprawić bezpieczeństwo części lub komponentów podczas użytkowania. Kiedy w niektórych częściach części wystąpi koncentracja naprężeń lub przeciążenie, w tym miejscu następuje odkształcenie plastyczne. Dzięki hartowaniu przez zgniot zatrzymuje się odkształcanie przeciążonej części, co poprawia bezpieczeństwo.
(2) Wady:
① Wzmocnienie przez odkształcenie powoduje również problemy w produkcji i użytkowaniu materiałów. Odkształcenie zwiększa wytrzymałość, ale zmniejsza plastyczność, co utrudnia dalsze odkształcanie i wymaga większej mocy.
② Aby materiał mógł się dalej odkształcać, wymagane jest wyżarzanie rekrystalizujące, aby umożliwić dalsze odkształcanie się materiału bez pękania, co zwiększa koszty produkcji. Obraz Obraz II. Wzmocnienie w roztworze stałym Obraz 01 Definicja Wzmocnienie w roztworze stałym to zjawisko polegające na tym, że wytrzymałość i twardość roztworu stałego wzrasta, podczas gdy jego plastyczność i wytrzymałość maleją wraz ze wzrostem zawartości atomów substancji rozpuszczonej.. 02 Mechanizm (1) Rozpuszczanie atomów substancji rozpuszczonej zniekształca sieć krystaliczną roztworu stałego, utrudniając ruch dyslokacji na powierzchniach poślizgu. (2) Atmosfery Cotillarda utworzone przez atomy substancji rozpuszczonej segregujące na liniach dyslokacji, pin dyslokacje, zwiększające opór ruchu dyslokacyjnego. (3) Segregacja atomów substancji rozpuszczonej w obszarach uskoków utrudnia ruch rozszerzonych dyslokacji. Wszystkie czynniki utrudniające ruch dyslokacyjny i zwiększające odporność na ruch dyslokacyjny mogą zwiększyć wytrzymałość.. 03 Zasady ① W zakresie rozpuszczalności roztworu stałego, im większy udział masowy pierwiastka stopowego, tym większy efekt wzmacniający. ② Im większa różnica wielkości pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i atomami rozpuszczalnika, tym bardziej znaczący jest efekt wzmacniający. ③ Efekt wzmacniający 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 atomami rozpuszczalnika, tym większy efekt wzmacniający.
04
Metoda
Stopowanie, czyli dodawanie pierwiastków stopowych.
05
Przykład
Wytrzymałość stopów miedzi-niklu jest większa niż czysta miedź i metale niklowe.
Obraz Obraz
III. Wzmocnienie rozdrobnienia ziarna
Obraz 01
Definicja
Zjawisko polegające na tym, że wytrzymałość, twardość, plastyczność i udarność materiału rosną wraz ze zmniejszaniem się wielkości ziaren, nazywa się wzmacnianiem przez rozdrobnienie ziarna.
02
Mechanizm
Zasada polega na utrudniającym wpływie granic ziaren na poślizg dyslokacji. W przypadku materiałów polikrystalicznych ruch dyslokacyjny musi pokonać opór granic ziaren. Dzieje się tak dlatego, że orientacje dyslokacji po obu stronach granicy ziaren są różne. Dlatego w pewnym 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 drobniejszy rozmiar ziarna, tym wyższa wytrzymałość materiału.
03
Reguła
Drobniejsze ziarna powodują większe obszary granic ziaren. Zgodnie ze wzorem Halla-Page’a im mniejsza średnia średnica ziarna d, tym wyższa granica plastyczności σs materiału.
04
Metody rafinacji ziaren
① Podczas krystalizacji ziarna można rafinować poprzez zwiększenie przechłodzenia, obróbki modyfikacyjnej, wibracji i mieszania w celu zwiększenia szybkości zarodkowania.
② W przypadku metali odkształconych na zimno- ziarna można rozdrobnić, kontrolując stopień odkształcenia i temperaturę wyżarzania.
③ Ziarna można rafinować poprzez obróbkę cieplną normalizującą i wyżarzającą.
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 innych faz w metalowej osnowie zwiększa wytrzymałość metalu. W zależności od procesu otrzymywania drugiej fazy, wzmacnianie drugiej fazy dzieli się na: 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
Kiedy zwichnięcie podczas swojego ruchu napotyka drugą fazę, musi ominąć lub przeciąć drugą fazę. Zatem druga faza utrudnia ruch dyslokacji, zwiększając w ten sposób wytrzymałość materiału.
03
Przykład
Obecność cementytu w stali zwiększa jej wytrzymałość.
