01. Szilárd oldatos erősítés
Meghatározás
A szilárd oldatos szilárdítás az a jelenség, amikor az ötvözőelemek feloldódnak az alapfémben, ami rácstorzulást okoz, és növeli az ötvözet szilárdságát.
Alapelv
A szilárd oldatba feloldódó oldott atomok rácstorzulást hoznak létre, ami növeli a diszlokációs mozgással szembeni ellenállást, ami megnehezíti a csúszást. Ennek eredményeként nő az ötvözet szilárd oldatának szilárdsága és keménysége. Ez az erősítő mechanizmus az oldott anyag atomok feloldásán alapul, hogy szilárd oldatot képezzenek. Megfelelő oldottanyag-koncentráció mellett az anyag szilárdsága és keménysége javul, bár szívóssága és hajlékonysága csökkenhet.
Befolyásoló tényezők
Minél nagyobb az oldott anyag atomjainak atomfrakciója, annál erősebb az erősítő hatás, különösen alacsony koncentrációknál.
Minél nagyobb a méretkülönbség az oldott és nem nemesfém atomok között, annál jelentősebb az erősödés.
Az intersticiális oldott atomok erősebb erősítő hatásúak, mint a helyettesítő atomok. A test-központú köbös kristályokban az intersticiális atomok aszimmetrikus rácstorzulást okoznak, ami nagyobb erősödést eredményez, mint az arc-központú köbös kristályokban. Az intersticiális atomok oldhatósága azonban korlátozott.
Minél nagyobb a valenciaelektronszám különbség az oldott és bázisatomok között, annál erősebb az erősítő hatás. A hozamerősség az elektronkoncentrációval nő.
Az erősítés mértéke attól függ:
Méretbeli különbség az oldott és a bázisatomok között: A nagyobb méretbeli eltérés növeli a diszlokációval szembeni ellenállást.
Ötvözőelemek mennyisége: Több ötvöző=erősebb hatás, de a túlzott mennyiségek meghaladhatják az oldhatósági határt, és más erősítési módszereket igényelnek, mint például a második fázis erősítése.
Az intersticiális atomok többet erősítenek, mint a helyettesítő atomok.
Az oldott anyag és a mátrixfém közötti vegyértékelektron különbség fokozza az erősödést.
Hatások
A folyáshatár, a szakítószilárdság és a keménység meghaladja a tiszta fémekét.
Általában alacsonyabb a rugalmasság a tiszta fémekhez képest.
Alacsonyabb elektromos vezetőképesség, mint a tiszta fémeknél.
Továbbfejlesztett kúszásállóság és magas{0}}hőmérséklet-szilárdság.
02. Work Hardening (Strain Hardening)
Meghatározás
A hideg deformáció növekedésével a fém szilárdsága és keménysége nő, míg plaszticitása és szívóssága csökken.
Áttekintés
Amikor a fémek plasztikusan deformálódnak az átkristályosodási hőmérsékletük alatt, erősebbé és keményebbé válnak, de kevésbé képlékenyek és szívósabbak. Más néven hideg megmunkálású edzés. A képlékeny deformáció során a diszlokációk összegabalyodnak, a szemcsék megnyúlnak, eltörnek, rostossá válnak. Maradék feszültség kerül bevezetésre. A keményedés mértékét általában a deformáció előtti és utáni felületi mikrokeménység, valamint az edzett réteg mélysége arányával mérik.
Diszlokációelmélet magyarázata
A diszlokációk metszik egymást, és lépcsőfokot{0}}formáznak, mint a mozgás akadályait.
A diszlokációk reagálva mozdulatlan diszlokációkat képeznek, amelyek akadályozzák a mozgást.
A diszlokáció sokszorozása növeli a sűrűséget, tovább akadályozza a mozgást.
Hátrányok
A munkaedzés megnehezíti a további feldolgozást. Például a hidegen hengerelt acél egyre keményebbé és megmunkálhatatlanabbá válik, és közbenső izzítást igényel, hogy meglágyuljon. A megmunkálás során a felületedzés növeli a forgácsolóerőt és a szerszámkopást.
Előnyök
Javítja a fém szilárdságát, keménységét és kopásállóságát, különösen a tiszta fémek és ötvözetek esetében, amelyeket hőkezeléssel nem lehet megerősíteni (pl. hidegen húzott, nagy-szilárdságú huzalok, hidegen-hengerelt rugók, tartálylánctalpak, zúzópofák, vasúti váltók).
Alkalmazások a gépészetben
A hideghúzás, hengerlés és sörétezés nagymértékben növeli az anyagok és alkatrészek felületi szilárdságát.
A feszültség alatti lokalizált képlékeny alakváltozás a munkaedzés miatt korlátozható, javítva az alkatrészek biztonságát.
A sajtolásnál az edzett területek a deformációt a lágyabb területekre irányítják, lehetővé téve az egyenletes deformációt a szakaszokon.
Javítja az alacsony széntartalmú acélok megmunkálhatóságát, mivel megkönnyíti a forgácsok szétválasztását. Ez azonban növeli az energiafogyasztást a további feldolgozás során és a szerszámkopást a megmunkálás során.
03. Gabonafinomítás erősítése
Meghatározás
A szemcsefinomítás erősítése a szemcseméret csökkentésével javítja a mechanikai tulajdonságokat.
Alapelv
A fémek polikristályosak. A kisebb szemcsék (azaz több szem térfogategységenként) nagyobb szilárdságot, keménységet, plaszticitást és szívósságot eredményeznek. A finomabb szemcsék egyenletesebben osztják el a deformációt, csökkentik a feszültségkoncentrációt és akadályozzák a repedés terjedését. Így a szemek finomítása növeli az erőt.
Hatások
A finomabb szemcsék csökkentik a diszlokáció felhalmozódását{0}}, ami növeli az erőt.
A Hall–Petch összefüggés szerint a kisebb szemcseméret ddd nagyobb folyáshatárt eredményez.
Módszerek a szemek finomítására
Növelje az alulhűtést.
Inokulációs kezelés.
Rezgés és keverés a megszilárdulás során.
Hideg -deformált fémeknél: szabályozza a deformáció mértékét és az izzítási hőmérsékletet.
04. Második fázis erősítés
Meghatározás
A többfázisú ötvözetekben a mátrix fázis mellett létezik egy második fázis is. Amikor a finoman diszpergált második fázisú részecskék egyenletesen oszlanak el a mátrixban, jelentősen megerősítik az ötvözetet. Ezt a második-fázisú megerősítésnek nevezik.
Típusok
A diszlokációs mozgás szempontjából a második{0}}fázisú részecskék a következőkre oszthatók:
Nem{0}}deformálódó részecskék: megerősítő bypass mechanizmussal (Orowan mechanizmus).
Deformálható részecskék: erősítés vágómechanizmussal.
A diszperziós erősítés és a csapadékos keményítés a második -fázisú erősítés sajátos formái.
Hatások
A második-fázisú részecskék kölcsönhatásba lépnek a diszlokációkkal, akadályozva mozgásukat, és növelve az ötvözet deformációval szembeni ellenállását.
Egyéb, az erőt befolyásoló tényezők
Az ötvözet összetétele, mikroszerkezete és felületi állapota.
Terhelési feltétel: sebesség, mód (húzó vs. ciklikus).
Minta geometria és vizsgálati környezet (pl. a hidrogén ridegsége drasztikusan csökkentheti a szilárdságot).
Erősítő megközelítések összefoglalása
A fémek megerősítésének két fő módja:
Növelje az atomi kötési erőt, és hozzon létre hibamentes -kristályokat (pl. bajuszokat).
Vigyen be hibákat (diszlokációk, oldott anyag atomok, szemcsehatárok stb.) a diszlokáció mozgásának akadályozására - a leghatékonyabb módszernek bizonyult.
A műszaki anyagok jellemzően erősítő mechanizmusok kombinációján alapulnak az optimális teljesítmény elérése érdekében.
