Wzmocnienie odkształceniowe (lub wzmocnienie przez odkształcenie, umocnienie przez zgniot)
Definicja
Po ustąpieniu materiału, wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia, wzrostem wytrzymałości i twardości materiału oraz spadkiem plastyczności i wytrzymałości, zjawisko to nazywa się wzmocnieniem odkształceniowym lub umocnieniem przez zgniot.
Mechanizm
Wraz z odkształceniem plastycznym gęstość dyslokacji stale rośnie, więc dyslokacja w ruchu wzajemnego przecięcia nasiliła się, w wyniku czego powstaje stały krok cięcia, splątanie dyslokacji i inne przeszkody w ruchu dyslokacyjnym oporu wzrastają, powodując wzrost odporności na odkształcenia do kontynuacji odkształcenia plastycznego spowodowanego trudnościami w poprawie wytrzymałości prawa metalu: wzrasta stopień odkształcenia, wytrzymałość materiału, wzrasta twardość, plastyczność, zmniejsza się wytrzymałość, gęstość dyslokacji stale rośnie , zgodnie ze wzorem widać, że siła i gęstość dyslokacji ρ połowa mocy jest proporcjonalna do dyslokacji, im większy wektor Bertholda b, tym bardziej znaczący jest efekt wzmocnienia.
Metody
Odkształcenie na zimno, np. tłoczenie na zimno, bębnowanie, śrutowanie itp.
Przykład
Ciągnienie na zimno drutu stalowego wykładniczo zwiększa jego wytrzymałość.
Praktyczne znaczenie wzmacniania odkształceń (zalety i wady)
(1) Zalety:
① wzmocnienie odkształceniowe to skuteczny sposób na wzmocnienie metalu, w przypadku niektórych materiałów, których nie można wzmocnić obróbką cieplną, można zastosować metodę wzmocnienia odkształceniowego w celu poprawy wytrzymałości materiału, co może spowodować wykładniczy wzrost wytrzymałości.
② jest ważnym czynnikiem w przetwarzaniu i formowaniu niektórych przedmiotów obrabianych lub półproduktów, tak aby równomierne odkształcenie metalu, umożliwiające formowanie przedmiotu obrabianego lub półproduktu, takiego jak drut stalowy ciągniony na zimno, części formowanie tłoczące.
③ wzmocnienie odkształceń może również poprawić bezpieczeństwo części lub komponentów w procesie użytkowania, niektóre części w wyniku koncentracji naprężeń lub zjawiska przeciążenia, tak że odkształcenie plastyczne miejsca spowodowane hartowaniem i odkształceniem przeciążonych części zatrzymać i w ten sposób poprawić bezpieczeństwo.
(2) Wady
①Wzmocnienie odkształceniowe powoduje również problemy w produkcji i stosowaniu materiałów, odkształcenie powoduje wzrost wytrzymałości, zmniejsza plastyczność, a dalsze odkształcenie powoduje trudności i wymaga zużycia większej ilości energii.
(2) Aby umożliwić dalsze odkształcanie się materiału, konieczne jest przeprowadzenie wyżarzania rekrystalizacyjnego w środku, aby materiał mógł nadal odkształcać się bez pękania, co zwiększa koszty produkcji.
Wzmocnienie roztworu stałego
Definicja
Wraz ze wzrostem zawartości atomów substancji rozpuszczonej, wytrzymałości roztworu stałego, twardości, plastyczności, wytrzymałości, zjawisko zwane wzmocnieniem roztworu stałego.
Mechanizm
(1) Atomy substancji rozpuszczonej, tak że zniekształcenie sieci roztworu stałego, na powierzchni poślizgu, powoduje ruch dyslokacji, co utrudnia.
(2) Linia dyslokacji aglomeracji atomów substancji rozpuszczonej grupy gazowej Kirchnera utworzona w wyniku przemieszczenia efektu unieruchamiania, zwiększającego opór ruchu dyslokacyjnego.
(3) Polaryzacja atomów substancji rozpuszczonej w obszarze dyslokacji laminarnej utrudnia ruch dyslokacji rozszerzonych. Wszystkie czynniki utrudniające ruch dyslokacyjny i zwiększające opór ruchu dyslokacyjnego mogą prowadzić do wzrostu siły.
Prawa
(i) W zakresie rozpuszczalności w roztworze stałym im większy udział masowy pierwiastków stopowych, tym większy efekt wzmacniający
② Im większa różnica wielkości pomiędzy atomami substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, tym bardziej znaczący jest efekt wzmacniający.
③ tworzenie śródmiąższowego stałego roztworu substancji rozpuszczonych o działaniu wzmacniającym jest większe niż tworzenie zastępczych stałych elementów roztworu
④ im większa różnica między liczbą elektronów walencyjnych między atomami substancji rozpuszczonej i atomami rozpuszczalnika, tym większy efekt wzmacniający.
Metody
Stopowanie, czyli dodawanie pierwiastków stopowych
Przykład
Wytrzymałość stopu miedzi i niklu jest większa niż wytrzymałość czystego metalu miedzi i niklu.
Wzmocnienie drobnoziarniste
Definicja
Wraz ze zmniejszeniem wielkości ziaren wzrasta wytrzymałość i twardość materiału, poprawia się także plastyczność i wytrzymałość, zjawisko znane jako wzmocnienie drobnego ziarna.
Mechanizm
Zasada polega na blokującym wpływie granic ziaren na poślizg dyslokacji. W przypadku polikrystalicznego ruch dyslokacji musi pokonać opór granicy ziaren, wynika to z odmiennej orientacji dyslokacji po obu stronach granicy ziaren, więc w ziarnie dyslokacje poślizgowe nie mogą przebiegać bezpośrednio przez granicę ziaren do sąsiednich ziaren, dopiero na granicach ziaren zatkanych dużą liczbą dyslokacji spowodowanych koncentracją naprężeń, w celu stymulacji ruchu dyslokacji w sąsiednich ziarnach generowano poślizg. Zatem im drobniejsze ziarno, tym większa wytrzymałość materiału.
Prawo
Im drobniejsze ziarno, tym większa powierzchnia granicy ziaren, zgodnie ze wzorem Halla – Page’a, im mniejsza średnia średnica ziarna d, tym wyższa granica plastyczności materiału σs
Metody rozdrobnienia ziarna
①Proces krystalizacji można przyspieszyć poprzez zwiększenie stopnia przechłodzenia, obróbki metamorficznej, wibracji i mieszania w celu zwiększenia szybkości zarodkowania w celu udoskonalenia ziarna;
② Odkształcenie metalu na zimno można kontrolować na podstawie stopnia odkształcenia, temperatury wyżarzania w celu udoskonalenia ziarna;
③ może być znormalizowana, wyżarzana metoda obróbki cieplnej w celu udoskonalenia ziarna;
④ można dodać do stali pierwiastków stopowych, tworząc nowe fazy hamujące wzrost ziaren.
Wzmocnienie drugiej fazy
Definicja
W osnowie metalu występuje jeszcze jedna lub kilka innych faz, których obecność poprawia wytrzymałość metalu. Ze względu na różne procesy otrzymywania drugiej fazy, wzmacnianie drugiej fazy dzieli się na: ① Wzmocnienie wydzieleniowe: uzyskanie drugiej fazy poprzez obróbkę cieplną ze zmianą fazy ② Wzmocnienie dyspersyjne: uzyskanie drugiej fazy poprzez spiekanie proszków lub wewnętrzne utlenianie.
Mechanizm
Dyslokacje w trakcie swojego ruchu napotykają drugą fazę i muszą ominąć lub przeciąć drugą fazę, w związku z czym druga faza utrudnia ruch dyslokacji, co skutkuje wzrostem wytrzymałości materiału.
Przykład
Obecność nawęglaczy w stali powoduje wzrost wytrzymałości stali.
