01. Cieta šķīduma stiprināšana
Definīcija
Cietā šķīduma stiprināšana ir parādība, kad leģējošie elementi izšķīst parastajā metālā, izraisot režģa kropļojumus un palielinot sakausējuma izturību.
Princips
Izšķīdušie atomi, kas izšķīst cietajā šķīdumā, rada režģa kropļojumus, kas palielina pretestību dislokācijas kustībai, padarot slīdēšanu grūtāku. Tā rezultātā palielinās sakausējuma cietā šķīduma izturība un cietība. Šis stiprināšanas mehānisms balstās uz izšķīdušo atomu izšķīdināšanu, veidojot cietu šķīdumu. Ar atbilstošu izšķīdušās vielas koncentrāciju materiāla stiprība un cietība uzlabojas, lai gan tā stingrība un elastība var samazināties.
Ietekmējošie faktori
Jo augstāka ir izšķīdušo vielu atomu frakcija, jo spēcīgāka ir stiprinošā iedarbība, īpaši zemās koncentrācijās.
Jo lielāka ir izmēru atšķirība starp izšķīdušo un parasto metālu atomiem, jo nozīmīgāka ir stiprināšana.
Intersticiālajiem izšķīdušo vielu atomiem ir spēcīgāka stiprinošā iedarbība nekā aizvietotājiem. Ķermeņa-centrētajos kubiskajos kristālos intersticiālie atomi izraisa asimetriskus režģa izkropļojumus, kā rezultātā tie nostiprina vairāk nekā uz sejas{2}}centrētos kubiskos kristālos. Tomēr intersticiālo atomu šķīdība ir ierobežota.
Jo lielāka ir valences elektronu skaita atšķirība starp izšķīdušās vielas un bāzes atomiem, jo spēcīgāks ir stiprinošais efekts. Ražas stiprums palielinās līdz ar elektronu koncentrāciju.
Stiprināšanas pakāpe ir atkarīga no:
Lieluma atšķirība starp izšķīdušās vielas un bāzes atomiem: lielāka izmēra neatbilstība palielina dislokācijas pretestību.
Leģējošo elementu daudzums: vairāk leģējošs=spēcīgāks efekts, bet pārmērīgi daudzumi var pārsniegt šķīdības robežu un pieprasīt citas stiprināšanas metodes, piemēram, otrās fāzes stiprināšanu.
Intersticiālie atomi stiprina vairāk nekā aizvietojošie atomi.
Valences elektronu atšķirība starp izšķīdušo un matricas metālu uzlabo stiprināšanu.
Efekti
Ražas izturība, stiepes izturība un cietība pārsniedz tīru metālu rādītājus.
Parasti zemāka elastība salīdzinājumā ar tīriem metāliem.
Zemāka elektrovadītspēja nekā tīriem metāliem.
Uzlabota šļūdes pretestība un izturība pret augstu{0}}temperatūru.
02. Darba rūdīšana (cietināšana ar deformāciju)
Definīcija
Palielinoties aukstajai deformācijai, metāla stiprība un cietība palielinās, bet plastika un stingrība samazinās.
Pārskats
Kad metāli tiek plastiski deformēti zem to pārkristalizācijas temperatūras, tie kļūst stiprāki un cietāki, bet mazāk elastīgi un izturīgi. Pazīstams arī kā aukstās apstrādes sacietēšana. Plastiskās deformācijas laikā izmežģījumi sapinās, graudi izstiepjas, lūst un kļūst šķiedraini. Tiek ieviests atlikušais stress. Sacietēšanas pakāpi parasti mēra pēc virsmas mikrocietības attiecības pirms un pēc deformācijas un sacietējušā slāņa dziļuma.
Dislokācijas teorijas skaidrojums
Izmežģījumi krustojas un veido pakāpienu{0}}kā šķēršļus kustībai.
Izmežģījumi reaģē, veidojot nekustīgus dislokācijas, kas kavē kustību.
Dislokācijas pavairošana palielina blīvumu, vēl vairāk kavējot kustību.
Trūkumi
Darba sacietēšana apgrūtina turpmāko apstrādi. Piemēram, auksti velmēts tērauds- kļūst arvien cietāks un neapstrādājamāks, un, lai tas kļūtu mīkstāks, ir nepieciešama starpposma atkausēšana. Apstrādē virsmas sacietēšana palielina griešanas spēku un instrumenta nodilumu.
Ieguvumi
Uzlabo metāla izturību, cietību un nodilumizturību, īpaši tīriem metāliem un sakausējumiem, kurus nevar nostiprināt ar termisko apstrādi (piem., auksti-vilktas augstas-stiprības stieples, auksti-velmētas atsperes, cisternas sliedes, drupinātāja spīles, dzelzceļa pārmijas).
Pielietojums mašīnbūvē
Aukstā vilkšana, velmēšana un skrotis ievērojami palielina materiālu un sastāvdaļu virsmas izturību.
Lokalizētu plastisko deformāciju spriedzes ietekmē var ierobežot darba sacietēšanas dēļ, uzlabojot detaļu drošību.
Štancējot rūdītās vietas novirza deformāciju uz mīkstākiem apgabaliem, nodrošinot vienmērīgu deformāciju visās sekcijās.
Uzlabo zema{0}}oglekļa tēraudu apstrādājamību, atvieglojot skaidu atdalīšanu. Tomēr tas palielina enerģijas patēriņu turpmākajā apstrādē un instrumentu nodilumu apstrādes procesā.
03. Graudu rafinēšanas stiprināšana
Definīcija
Graudu rafinēšanas stiprināšana uzlabo mehāniskās īpašības, samazinot graudu izmēru.
Princips
Metāli ir polikristāliski. Mazāki graudi (ti, vairāk graudu tilpuma vienībā) nodrošina lielāku izturību, cietību, plastiskumu un stingrību. Smalkāki graudi vienmērīgāk sadala deformācijas, samazina sprieguma koncentrāciju un kavē plaisu izplatīšanos. Tādējādi graudu rafinēšana palielina izturību.
Efekti
Smalkāki graudi samazina dislokācijas{0}}uzkrāto stresu, palielinot izturību.
Saskaņā ar Hola–Peča attiecību, mazāks graudu izmērs ddd nodrošina augstāku tecēšanas robežu.
Graudu rafinēšanas metodes
Palieliniet nepietiekamu dzesēšanu.
Inokulācijas ārstēšana.
Vibrācija un maisīšana cietēšanas laikā.
Auksti{0}}deformētos metālos: kontrolējiet deformācijas pakāpi un atlaidināšanas temperatūru.
04. Otrās fāzes stiprināšana
Definīcija
Daudzfāzu sakausējumos papildus matricas fāzei pastāv arī otra fāze. Kad smalki izkliedētas otrās fāzes daļiņas ir vienmērīgi sadalītas matricā, tās ievērojami nostiprina sakausējumu. To sauc par otrās-fāzes stiprināšanu.
Veidi
No dislokācijas kustības viedokļa otrās{0}}fāzes daļiņas tiek klasificētas:
Ne{0}}deformējamas daļiņas: stiprināšana, izmantojot apvedceļa mehānismu (Orowan mehānisms).
Deformējamās daļiņas: nostiprināšana ar griešanas mehānismu.
Dispersoīdu stiprināšana un cietināšana ar nokrišņiem ir specifiski otrās -fāzes stiprināšanas veidi.
Efekti
Otrās-fāzes daļiņas mijiedarbojas ar dislokācijām, kavējot to kustību un palielinot sakausējuma izturību pret deformāciju.
Citi spēku ietekmējošie faktori
Sakausējuma sastāvs, mikrostruktūra un virsmas stāvoklis.
Slodzes nosacījumi: ātrums, režīms (stiepums pret ciklisku).
Parauga ģeometrija un testēšanas vide (piemēram, ūdeņraža trauslums var krasi samazināt izturību).
Stiprināšanas pieejas kopsavilkums
Divi galvenie ceļi metālu stiprināšanai:
Palieliniet atomu savienojuma spēku un izveidojiet{0}}bez defekta kristālus (piemēram, ūsas).
Ieviesiet defektus (dislokācijas, izšķīdušo vielu atomus, graudu robežas utt.), lai kavētu dislokācijas kustību -, kas ir izrādījusies visefektīvākā metode.
Lai sasniegtu optimālu veiktspēju, inženiertehniskie materiāli parasti balstās uz stiprināšanas mehānismu kombināciju.
