Pagpapalakas ng solidong solusyon

1. Kahulugan

Isang penomeno kung saan ang mga elemento ng haluang metal ay natutunaw sa base metal upang magdulot ng isang tiyak na antas ng pagbaluktot ng lattice at sa gayon ay nagpapataas ng lakas ng haluang metal.

2. Prinsipyo

Ang mga atomo ng solute na natunaw sa solidong solusyon ay nagdudulot ng lattice distortion, na nagpapataas ng resistensya ng paggalaw ng dislokasyon, nagpapahirap sa pagdulas, at nagpapataas ng lakas at katigasan ng solidong solusyon ng haluang metal. Ang penomenong ito ng pagpapalakas ng metal sa pamamagitan ng pagtunaw ng isang partikular na elemento ng solute upang bumuo ng isang solidong solusyon ay tinatawag na solid solution strengthening. Kapag angkop ang konsentrasyon ng mga atomo ng solute, maaaring tumaas ang lakas at katigasan ng materyal, ngunit ang katigasan at plasticity nito ay bumaba.

3. Mga salik na nakakaimpluwensya

Kung mas mataas ang atomic fraction ng mga solute atom, mas malaki ang epekto ng pagpapalakas, lalo na kapag napakababa ng atomic fraction, mas makabuluhan ang epekto ng pagpapalakas.

Mas malaki ang epekto ng pagpapalakas kung mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng mga atomo ng solute at ng atomikong laki ng base metal.

Ang mga interstitial solute atom ay may mas malaking epekto sa pagpapalakas ng solid solution kaysa sa mga replacement atom, at dahil ang lattice distortion ng mga interstitial atom sa mga body-centered cubic crystal ay asymmetric, ang kanilang epekto sa pagpapalakas ay mas malaki kaysa sa mga face-centered cubic crystal; ngunit ang solubility ng mga interstitial atom ay napakalimitado, kaya limitado rin ang aktwal na epekto sa pagpapalakas.

Kung mas malaki ang pagkakaiba sa bilang ng mga valence electron sa pagitan ng mga atomo ng solute at ng base metal, mas halata ang epekto ng pagpapalakas ng solid solution, ibig sabihin, ang yield strength ng solid solution ay tumataas kasabay ng pagtaas ng konsentrasyon ng valence electron.

4. Ang antas ng paglakas ng solidong solusyon ay pangunahing nakasalalay sa mga sumusunod na salik

Ang pagkakaiba sa laki sa pagitan ng mga atomo ng matrix at mga atomo ng solute. Kung mas malaki ang pagkakaiba sa laki, mas malaki ang interference sa orihinal na istruktura ng kristal, at mas mahirap itong magkaroon ng dislocation slip.

Ang dami ng mga elemento ng haluang metal. Mas maraming elemento ng haluang metal ang idinagdag, mas malaki ang epekto ng pagpapalakas. Kung napakaraming atomo ang masyadong malaki o masyadong maliit, malalagpasan ang solubility. Kabilang dito ang isa pang mekanismo ng pagpapalakas, ang pagpapalakas ng dispersed phase.

Ang mga interstitial solute atom ay may mas malaking epekto sa pagpapalakas ng solid solution kaysa sa mga pamalit na atom.

Kung mas malaki ang pagkakaiba sa bilang ng mga valence electron sa pagitan ng mga atomo ng solute at ng base metal, mas makabuluhan ang epekto ng pagpapalakas ng solid solution.

5. Epekto

Ang lakas ng ani, lakas ng tensile at katigasan ay mas malakas kaysa sa mga purong metal;

Sa karamihan ng mga kaso, ang ductility ay mas mababa kaysa sa purong metal;

Ang kondaktibiti ay mas mababa kaysa sa purong metal;

Ang resistensya sa paggapang, o pagkawala ng lakas sa mataas na temperatura, ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpapalakas ng solidong solusyon.

Pagpapatigas ng trabaho

1. Kahulugan

Habang tumataas ang antas ng malamig na deformasyon, tumataas ang lakas at katigasan ng mga materyales na metal, ngunit bumababa ang plasticity at toughness.

2. Panimula

Isang penomeno kung saan tumataas ang lakas at katigasan ng mga materyales na metal kapag ang mga ito ay na-plastic deform sa ibaba ng temperatura ng recrystallization, habang ang plasticity at toughness ay bumababa. Kilala rin bilang cold work hardening. Ang dahilan ay kapag ang metal ay na-plastic deform, ang mga butil ng kristal ay nadudulas at ang mga dislocation ay nagsasabit, na nagiging sanhi ng paghaba, pagkabasag, at pag-fiberize ng mga butil ng kristal, at ang mga residual stress ay nabubuo sa metal. Ang antas ng work hardening ay karaniwang ipinapahayag ng ratio ng microhardness ng surface layer pagkatapos ng pagproseso sa bago ang pagproseso at ang lalim ng pinatigas na layer.

3. Interpretasyon mula sa pananaw ng teorya ng dislokasyon

(1) Nangyayari ang interseksyon sa pagitan ng mga dislokasyon, at ang mga nagreresultang hiwa ay humahadlang sa paggalaw ng mga dislokasyon;

(2) Isang reaksyon ang nagaganap sa pagitan ng mga dislokasyon, at ang nabuo na nakapirming dislokasyon ay humahadlang sa paggalaw ng dislokasyon;

(3) Nangyayari ang pagdami ng mga dislokasyon, at ang pagtaas ng densidad ng dislokasyon ay lalong nagpapataas ng resistensya sa paggalaw ng dislokasyon.

4. Pinsala

Ang work hardening ay nagdudulot ng mga kahirapan sa karagdagang pagproseso ng mga bahaging metal. Halimbawa, sa proseso ng cold-rolling ng steel plate, ito ay lalong tumitigas at mas mahirap igulong, kaya kinakailangang isaayos ang intermediate annealing sa panahon ng proseso ng pagproseso upang maalis ang work hardening nito sa pamamagitan ng pag-init. Ang isa pang halimbawa ay ang paggawa ng ibabaw ng workpiece na malutong at matigas sa proseso ng pagputol, sa gayon ay pinapabilis ang pagkasira ng tool at pinapataas ang puwersa ng pagputol.

5. Mga Benepisyo

Maaari nitong mapabuti ang lakas, katigasan, at resistensya sa pagkasira ng mga metal, lalo na para sa mga purong metal at ilang haluang metal na hindi mapapabuti sa pamamagitan ng heat treatment. Halimbawa, ang cold-drawn high-strength steel wire at cold-coiled spring, atbp., ay gumagamit ng cold working deformation upang mapabuti ang lakas at elastic limit nito. Ang isa pang halimbawa ay ang paggamit ng work hardening upang mapabuti ang katigasan at resistensya sa pagkasira ng mga tangke, tractor track, crusher jaws, at railway turnout.

6. Papel sa inhinyerong mekanikal

Pagkatapos ng cold drawing, rolling at shot peening (tingnan ang pagpapalakas ng ibabaw) at iba pang mga proseso, ang lakas ng ibabaw ng mga materyales, piyesa, at bahagi ng metal ay maaaring mapabuti nang malaki;

Matapos ma-stress ang mga bahagi, ang lokal na stress ng ilang bahagi ay kadalasang lumalampas sa limitasyon ng ani ng materyal, na nagdudulot ng plastic deformation. Dahil sa work hardening, ang patuloy na pag-unlad ng plastic deformation ay nalilimitahan, na maaaring mapabuti ang kaligtasan ng mga bahagi at bahagi;

Kapag ang isang metal na bahagi o sangkap ay tinatakan, ang plastik na deformasyon nito ay sinasamahan ng paglakas, kaya ang deformasyon ay naililipat sa hindi pa nagagawang pinatigas na bahagi sa paligid nito. Pagkatapos ng ganitong paulit-ulit na salit-salit na mga aksyon, maaaring makuha ang mga bahaging cold stamping na may pare-parehong cross-sectional deformation;

Maaari nitong mapabuti ang pagganap ng pagputol ng low-carbon steel at gawing madaling paghiwalayin ang mga chips. Ngunit ang work hardening ay nagdudulot din ng mga kahirapan sa karagdagang pagproseso ng mga bahaging metal. Halimbawa, ang cold-drawn steel wire ay kumokonsumo ng maraming enerhiya para sa karagdagang paghila dahil sa work hardening, at maaari pa ngang masira. Samakatuwid, dapat itong i-anneal upang maalis ang work hardening bago ihila. Ang isa pang halimbawa ay upang gawing malutong at matigas ang ibabaw ng workpiece habang pinuputol, ang puwersa ng pagputol ay pinapataas habang muling pinuputol, at ang pagkasira ng tool ay pinabibilis.

Pagpapalakas ng pinong butil

1. Kahulugan

Ang paraan ng pagpapabuti ng mga mekanikal na katangian ng mga materyales na metal sa pamamagitan ng pagpino ng mga butil ng kristal ay tinatawag na pagpapalakas ng pagpino ng kristal. Sa industriya, ang lakas ng materyal ay napapabuti sa pamamagitan ng pagpino ng mga butil ng kristal.

2. Prinsipyo

Ang mga metal ay karaniwang mga polycrystal na binubuo ng maraming butil ng kristal. Ang laki ng mga butil ng kristal ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng bilang ng mga butil ng kristal bawat yunit ng volume. Kung mas marami ang bilang, mas pino ang mga butil ng kristal. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang mga pinong metal sa temperatura ng silid ay may mas mataas na lakas, katigasan, plasticity at toughness kaysa sa mga coarse-grained na metal. Ito ay dahil ang mga pinong butil ay sumasailalim sa plastic deformation sa ilalim ng panlabas na puwersa at maaaring ikalat sa mas maraming butil, ang plastic deformation ay mas pare-pareho, at ang stress concentration ay mas mababa; bilang karagdagan, kung mas pino ang mga butil, mas malaki ang grain boundary area at mas paliko-likong grain boundaries. Mas hindi kanais-nais ang paglaganap ng mga bitak. Samakatuwid, ang paraan ng pagpapabuti ng lakas ng materyal sa pamamagitan ng pagpino ng mga butil ng kristal ay tinatawag na grain refinement strengthening sa industriya.

3. Epekto

Kung mas maliit ang laki ng butil, mas maliit ang bilang ng mga dislokasyon (n) sa kumpol ng dislokasyon. Ayon sa τ=nτ0, mas maliit ang konsentrasyon ng stress, mas mataas ang lakas ng materyal;

Ang batas ng pagpapalakas ng pinong butil ay mas pino ang mga butil kapag mas malaki ang hangganan ng butil. Ayon sa ugnayang Hall-Peiqi, mas maliit ang karaniwang halaga (d) ng mga butil, mas mataas ang lakas ng ani ng materyal.

4. Ang paraan ng pagpipino ng butil

Taasan ang antas ng subcooling;

Paggamot sa pagkasira;

Panginginig at paghahalo;

Para sa mga metal na na-deform nang malamig, ang mga butil ng kristal ay maaaring pinuhin sa pamamagitan ng pagkontrol sa antas ng deformasyon at temperatura ng annealing.

Pagpapatibay ng ikalawang yugto

1. Kahulugan

Kung ikukumpara sa mga single-phase alloy, ang mga multi-phase alloy ay may pangalawang yugto bilang karagdagan sa matrix phase. Kapag ang pangalawang yugto ay pantay na ipinamamahagi sa matrix phase na may pinong nakakalat na mga partikulo, magkakaroon ito ng makabuluhang epekto ng pagpapalakas. Ang epekto ng pagpapalakas na ito ay tinatawag na second phase strengthening.

2. Klasipikasyon

Para sa paggalaw ng mga dislokasyon, ang pangalawang yugto na nakapaloob sa haluang metal ay may sumusunod na dalawang sitwasyon:

(1) Pagpapatibay ng mga partikulo na hindi nababago ang hugis (mekanismo ng bypass).

(2) Pagpapatibay ng mga partikulo na maaaring baguhin ang hugis (mekanismo ng pagputol).

Parehong pagpapalakas ng dispersion at pagpapalakas ng precipitation ay mga espesyal na kaso ng pagpapalakas ng second phase.

3. Epekto

Ang pangunahing dahilan ng pagpapalakas ng ikalawang yugto ay ang interaksyon sa pagitan ng mga ito at ng dislokasyon, na humahadlang sa paggalaw ng dislokasyon at nagpapabuti sa resistensya sa deformasyon ng haluang metal.

para ibuod

Ang pinakamahalagang salik na nakakaapekto sa lakas ay ang komposisyon, istruktura, at estado ng ibabaw ng materyal mismo; ang pangalawa ay ang estado ng puwersa, tulad ng bilis ng puwersa, ang paraan ng pagkarga, simpleng pag-unat o paulit-ulit na puwersa, ay magpapakita ng iba't ibang lakas; Bukod pa rito, ang heometriya at laki ng sample at ng test medium ay mayroon ding malaking impluwensya, minsan ay mapagpasyahan pa nga. Halimbawa, ang tensile strength ng ultra-high-strength steel sa isang hydrogen atmosphere ay maaaring bumaba nang mabilis.

Dalawang paraan lamang ang paraan upang palakasin ang mga materyales na metal. Ang isa ay ang pagpapataas ng interatomic bonding force ng haluang metal, pagpapataas ng teoretikal na lakas nito, at paghahanda ng isang kumpletong kristal na walang mga depekto, tulad ng mga whisker. Alam na ang lakas ng mga whisker na bakal ay malapit sa teoretikal na halaga. Maituturing na ito ay dahil walang mga dislocation sa mga whisker, o kakaunti lamang ang mga dislocation na hindi maaaring dumami habang nagaganap ang proseso ng deformation. Sa kasamaang palad, kapag mas malaki ang diyametro ng whisker, ang lakas ay biglang bumababa. Ang isa pang paraan ng pagpapalakas ay ang pagpapakilala ng maraming depekto sa kristal sa kristal, tulad ng mga dislocation, point defect, heterogeneous atoms, grain boundaries, highly dispersed particles o inhomogeneities (tulad ng segregation), atbp. Ang mga depektong ito ay humahadlang sa paggalaw ng mga dislocation at lubos ding nagpapabuti sa lakas ng metal. Napatunayan ng mga katotohanan na ito ang pinakaepektibong paraan upang mapataas ang lakas ng mga metal. Para sa mga materyales sa inhinyeriya, kadalasan ay sa pamamagitan ng komprehensibong mga epekto ng pagpapalakas upang makamit ang mas mahusay na komprehensibong pagganap.