Pagpapalakas ng solidong solusyon

1. Kahulugan

Isang kababalaghan kung saan ang mga elemento ng alloying ay natutunaw sa base metal upang magdulot ng isang tiyak na antas ng pagbaluktot ng sala-sala at sa gayon ay mapataas ang lakas ng haluang metal.

2. Prinsipyo

Ang mga solute atom na natunaw sa solidong solusyon ay nagdudulot ng pagbaluktot ng sala-sala, na nagpapataas ng resistensya ng paggalaw ng dislokasyon, nagpapahirap sa pagdulas, at nagpapataas ng lakas at tigas ng solidong solusyon ng haluang metal. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ng pagpapalakas ng metal sa pamamagitan ng pagtunaw ng isang tiyak na elemento ng solute upang bumuo ng isang solidong solusyon ay tinatawag na solid solution strengthening. Kapag ang konsentrasyon ng mga solute atom ay angkop, ang lakas at katigasan ng materyal ay maaaring tumaas, ngunit ang katigasan at plasticity nito ay nabawasan.

3. Nakakaimpluwensyang mga salik

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

Kung mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng mga solute atom at ang atomic na laki ng base metal, mas malaki ang epekto ng pagpapalakas.

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

Kung mas malaki ang pagkakaiba sa bilang ng mga valence electron sa pagitan ng mga atomo ng solute at base metal, mas malinaw ang epekto ng pagpapalakas ng solidong solusyon, iyon ay, ang lakas ng ani ng solidong solusyon ay tumataas sa pagtaas ng konsentrasyon ng valence electron.

4. Ang antas ng solidong pagpapalakas ng solusyon ay higit sa lahat ay nakasalalay sa mga sumusunod na salik

Ang pagkakaiba sa laki sa pagitan ng matrix atoms at solute atoms. Kung mas malaki ang pagkakaiba ng laki, mas malaki ang interference sa orihinal na istraktura ng kristal, at mas mahirap para sa dislocation slip.

Ang dami ng mga elemento ng alloying. Ang mas maraming mga elemento ng alloying ay idinagdag, mas malaki ang epekto ng pagpapalakas. Kung masyadong maraming mga atomo ay masyadong malaki o masyadong maliit, ang solubility ay lalampas. Ito ay nagsasangkot ng isa pang mekanismo ng pagpapalakas, ang dispersed phase strengthening.

Ang interstitial solute atoms ay may mas malaking solid solution strengthening effect kaysa sa replacement atoms.

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 solidong solusyon.

5. Epekto

Ang lakas ng ani, lakas ng makunat 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 paglaban sa kilabot, o pagkawala ng lakas sa mataas na temperatura, ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng solidong pagpapalakas ng solusyon.

Pagpapatigas ng trabaho

1. Kahulugan

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

2. Panimula

Isang kababalaghan kung saan tumataas ang lakas at katigasan ng mga metal na materyales kapag ang mga ito ay plastic na deformed sa ibaba ng temperatura ng recrystallization, habang bumababa ang plasticity at toughness. Kilala rin bilang cold work hardening. Ang dahilan ay kapag ang metal ay may plastic na deformed, ang mga kristal na butil ay dumulas at dislokasyon, na nagiging sanhi ng mga kristal na butil upang humaba, masira, at maghibla, at ang mga natitirang stress ay nabuo sa metal. Ang antas ng hardening ng trabaho ay karaniwang ipinahayag sa pamamagitan ng ratio ng microhardness ng layer sa ibabaw pagkatapos ng pagproseso sa bago ang pagproseso at ang lalim ng hardened layer.

3. Interpretasyon mula sa pananaw ng teorya ng dislokasyon

(1) Nagaganap ang intersection sa pagitan ng mga dislokasyon, at ang mga nagresultang hiwa ay humahadlang sa paggalaw ng mga dislokasyon;

(2) Ang isang reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng mga dislokasyon, at ang nabuong nakapirming dislokasyon ay humahadlang sa paggalaw ng dislokasyon;

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

4. Masakit

Ang pagpapatigas ng trabaho ay nagdudulot ng mga paghihirap sa karagdagang pagproseso ng mga bahagi ng metal. Halimbawa, sa proseso ng cold-rolling ang steel plate, ito ay magiging mas mahirap at mas mahirap na gumulong, kaya kinakailangan upang ayusin ang intermediate annealing sa panahon ng proseso ng pagproseso upang maalis ang hardening ng trabaho nito sa pamamagitan ng pag-init. Ang isa pang halimbawa ay upang gawing malutong at matigas ang ibabaw ng workpiece sa proseso ng paggupit, at sa gayon ay mapabilis ang pagkasira ng tool at pagtaas ng puwersa ng pagputol.

5. Mga Benepisyo

Mapapabuti nito ang lakas, tigas at paglaban sa pagsusuot ng mga metal, lalo na para sa mga purong metal at ilang mga haluang metal na hindi mapapabuti 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 na limitasyon nito. Ang isa pang halimbawa ay ang paggamit ng work hardening upang mapabuti ang katigasan at pagsusuot ng resistensya ng mga tangke, tractor track, crusher jaws at railway turnouts.

6. Tungkulin sa mechanical engineering

Pagkatapos ng malamig na pagguhit, pag-roll at shot peening (tingnan ang pagpapalakas ng ibabaw) at iba pang mga proseso, ang lakas ng ibabaw ng mga metal na materyales, mga bahagi at mga bahagi ay maaaring makabuluhang mapabuti;

Matapos ma-stress ang mga bahagi, ang lokal na stress ng ilang bahagi ay madalas na lumampas sa limitasyon ng ani ng materyal, na nagiging sanhi ng plastic deformation. Dahil sa hardening ng trabaho, ang patuloy na pag-unlad ng plastic deformation ay pinaghihigpitan, na maaaring mapabuti ang kaligtasan ng mga bahagi at bahagi;

Kapag ang isang metal na bahagi o bahagi ay naselyohang, ang plastik na pagpapapangit nito ay sinamahan ng pagpapalakas, upang ang pagpapapangit ay inilipat sa hindi nagtrabaho na hardened na bahagi sa paligid nito. Pagkatapos ng mga paulit-ulit na pagkilos na alternating, maaaring makuha ang mga cold stamping parts na may pare-parehong cross-sectional deformation;

Maaari itong mapabuti ang pagganap ng pagputol ng mababang carbon steel at gawing madaling paghiwalayin ang mga chips. Ngunit ang pagpapatigas ng trabaho ay nagdudulot din ng mga paghihirap sa karagdagang pagproseso ng mga bahagi ng metal. Halimbawa, ang cold-drawn steel wire ay kumukonsumo ng maraming enerhiya para sa karagdagang pagguhit dahil sa pagtigas ng trabaho, at maaaring masira pa. Samakatuwid, dapat itong i-annealed upang maalis ang pagpapatigas ng trabaho bago ang pagguhit. Ang isa pang halimbawa ay upang gawin ang ibabaw ng workpiece na malutong at matigas sa panahon ng pagputol, ang puwersa ng pagputol ay nadagdagan sa panahon ng muling pagputol, at ang pagsusuot ng tool ay pinabilis.

Pagpapalakas ng pinong butil

1. Kahulugan

Ang pamamaraan 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 napabuti sa pamamagitan ng pagpino ng mga butil ng kristal.

2. Prinsipyo

Ang mga metal ay karaniwang 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 sa bawat dami ng yunit. Kung mas maraming numero, mas pino ang mga butil ng kristal. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang mga fine-grained na metal sa temperatura ng kuwarto ay may mas mataas na lakas, tigas, plasticity at tigas 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 konsentrasyon ng stress ay mas mababa; bilang karagdagan, mas pino ang mga butil, mas malaki ang lugar ng hangganan ng butil at mas paikot-ikot na mga hangganan ng butil. Ang mas hindi kanais-nais ang pagpapalaganap ng mga bitak. Samakatuwid, ang paraan ng pagpapabuti ng lakas ng materyal sa pamamagitan ng pagpino ng mga butil ng kristal ay tinatawag na pagpapalakas ng grain refinement sa industriya.

3. Epekto

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

Ang nagpapatibay na batas ng pagpapalakas ng pinong butil ay ang mas maraming mga hangganan ng butil, mas pino ang mga butil. Ayon sa relasyon ng Hall-Peiqi, mas maliit ang average na 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 ng pagkasira;

Panginginig ng boses at pagpapakilos;

Para sa mga cold-deformed na metal, ang mga butil ng kristal ay maaaring pinuhin sa pamamagitan ng pagkontrol sa antas ng pagpapapangit at temperatura ng pagsusubo.

Pangalawang yugto ng pagpapalakas

1. Kahulugan

Kung ikukumpara sa mga single-phase alloy, ang multi-phase alloy ay may pangalawang bahagi bilang karagdagan sa matrix phase. Kapag ang ikalawang yugto ay pantay na ipinamahagi sa matrix phase na may pinong dispersed particle, magkakaroon ito ng makabuluhang epekto sa pagpapalakas. Ang epekto ng pagpapalakas na ito ay tinatawag na pangalawang yugto ng pagpapalakas.

2. Pag-uuri

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

(1) Reinforcement ng mga non-deformable particle (bypass mechanism).

(2) Reinforcement ng deformable particle (cut-through mechanism).

Parehong pagpapalakas ng dispersion at pagpapalakas ng ulan ay mga espesyal na kaso ng pagpapalakas ng ikalawang yugto.

3. Epekto

Ang pangunahing dahilan para sa pagpapalakas ng ikalawang yugto ay ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila at ang dislokasyon, na humahadlang sa paggalaw ng dislokasyon at nagpapabuti sa paglaban ng pagpapapangit ng haluang metal.

upang buod

Ang pinakamahalagang salik na nakakaapekto sa lakas ay ang komposisyon, istraktura at estado ng ibabaw ng materyal mismo; ang pangalawa ay ang estado ng puwersa, tulad ng bilis ng puwersa, ang paraan ng paglo-load, simpleng pag-uunat o paulit-ulit na puwersa, ay magpapakita ng iba't ibang lakas; Bilang karagdagan, ang geometry at laki ng sample at ang medium ng pagsubok ay mayroon ding isang mahusay na impluwensya, kung minsan kahit na mapagpasyahan. Halimbawa, ang tensile strength ng ultra-high-strength na bakal sa isang hydrogen na kapaligiran ay maaaring bumaba nang husto.

Mayroon lamang dalawang paraan upang palakasin ang mga materyales na metal. Ang isa ay upang dagdagan ang interatomic bonding force ng haluang metal, dagdagan ang teoretikal na lakas nito, at maghanda ng kumpletong kristal na walang mga depekto, tulad ng mga whisker. Ito ay kilala na ang lakas ng iron whiskers ay malapit sa theoretical value. Maaari itong isaalang-alang na ito ay dahil walang mga dislokasyon sa mga whisker, o isang maliit na halaga lamang ng mga dislokasyon na hindi maaaring dumami sa panahon ng proseso ng pagpapapangit. Sa kasamaang palad, kapag ang diameter ng whisker ay mas malaki, ang lakas ay bumaba nang husto. Ang isa pang paraan ng pagpapalakas ay ang pagpasok ng malaking bilang ng mga depekto ng kristal sa kristal, tulad ng mga dislokasyon, mga depekto sa punto, magkakaibang mga atomo, mga hangganan ng butil, mga partikulo na lubhang nakakalat o inhomogeneities (tulad ng paghihiwalay), atbp. Ang mga depektong ito ay humahadlang sa paggalaw ng mga dislokasyon at din makabuluhang mapabuti ang lakas ng metal. Napatunayan ng mga katotohanan na ito ang pinakamabisang paraan upang mapataas ang lakas ng mga metal. Para sa mga materyales sa engineering, ito ay karaniwang sa pamamagitan ng komprehensibong mga epekto ng pagpapalakas upang makamit ang mas mahusay na komprehensibong pagganap.