01. Stiprinimas kietu tirpalu
Apibrėžimas
Stiprinimas kietu tirpalu – tai reiškinys, kai legiruojantys elementai ištirpsta į netauriųjų metalų paviršių, dėl to iškraipoma gardelė ir padidėja lydinio stiprumas.
Principas
Ištirpę atomai, ištirpę kietame tirpale, sukuria gardelės iškraipymus, o tai padidina atsparumą dislokaciniam judėjimui ir apsunkina slydimą. Dėl to lydinio kieto tirpalo stiprumas ir kietumas didėja. Šis stiprinimo mechanizmas priklauso nuo ištirpusių medžiagų atomų ištirpinimo, kad susidarytų kietas tirpalas. Esant tinkamai tirpios medžiagos koncentracijai, medžiagos stiprumas ir kietumas pagerėja, nors gali sumažėti jos kietumas ir plastiškumas.
Įtakojantys veiksniai
Kuo didesnė ištirpusių medžiagų atomų atominė dalis, tuo stipresnis poveikis, ypač esant mažoms koncentracijoms.
Kuo didesnis tirpių ir netauriųjų metalų atomų dydžių skirtumas, tuo stipresnis stiprėjimas.
Intersticiniai tirpių atomai turi stipresnį stiprinamąjį poveikį nei pakaitiniai. Kūno-centruotuose kubiniuose kristaluose intersticiniai atomai sukelia asimetrinį gardelės iškraipymą, todėl stipriau sustiprėja, nei į veidą{2}}centruoti kubiniai kristalai. Tačiau intersticinių atomų tirpumas yra ribotas.
Kuo didesnis valentinių elektronų skaičiaus skirtumas tarp tirpių ir bazinių atomų, tuo stipresnis poveikis. Išeigos stiprumas didėja didėjant elektronų koncentracijai.
Stiprinimo laipsnis priklauso nuo:
Dydžio skirtumas tarp ištirpusių ir bazinių atomų: Didesnis dydžio neatitikimas padidina atsparumą dislokacijai.
Legiruojamųjų elementų kiekis: daugiau legiravimo=stipresnis poveikis, tačiau per dideli kiekiai gali viršyti tirpumo ribą ir reikalauti kitų stiprinimo metodų, pvz., antrosios fazės stiprinimo.
Intersticiniai atomai sustiprina daugiau nei pakaitiniai atomai.
Valentinių elektronų skirtumas tarp ištirpusio ir matricinio metalo sustiprina stiprinimą.
Efektai
Takumo stipris, atsparumas tempimui ir kietumas viršija grynų metalų stiprumą.
Paprastai mažesnis plastiškumas, palyginti su grynais metalais.
Mažesnis elektros laidumas nei grynų metalų.
Pagerintas atsparumas šliaužimui ir atsparumas aukštai{0}}temperatūrai.
02. Grūdinimas darbe (tempimas)
Apibrėžimas
Didėjant šaltai deformacijai, metalo stiprumas ir kietumas didėja, o plastiškumas ir kietumas mažėja.
Apžvalga
Kai metalai plastiškai deformuojami žemiau jų rekristalizacijos temperatūros, jie tampa stipresni ir kietesni, bet mažiau plastiški ir kieti. Taip pat žinomas kaip kietėjimas šaltuoju būdu. Plastinės deformacijos metu išnirimai įsipainioja, grūdeliai pailgėja, lūžta, tampa pluoštiniai. Įvedamas liekamasis stresas. Kietėjimo laipsnis dažniausiai matuojamas paviršiaus mikrokietumo prieš ir po deformacijos bei sukietėjusio sluoksnio gylio santykiu.
Dislokacijos teorijos paaiškinimas
Išnirimai susikerta ir sudaro žingsnį{0}}kaip judėjimo kliūtis.
Išnirimai reaguoja į nejudrius išnirimus, kurie trukdo judėti.
Dislokacijos dauginimas padidina tankį, toliau trukdo judėti.
Trūkumai
Darbinis grūdinimas apsunkina tolesnį apdorojimą. Pavyzdžiui, šaltai valcuotas plienas tampa vis kietesnis ir nebeapdorojamas, todėl norint suminkštėti reikia tarpinio atkaitinimo. Apdirbant paviršių grūdinimas padidina pjovimo jėgą ir įrankių susidėvėjimą.
Privalumai
Pagerina metalo stiprumą, kietumą ir atsparumą dilimui, ypač gryniems metalams ir lydiniams, kurių negalima sutvirtinti termiškai apdorojant (pvz., šaltai traukti didelio-tvirtumo laidai, šaltai -valcuotos spyruoklės, cisternų vikšrai, trupintuvo nasrai, geležinkelio iešmai).
Taikymas mechanikos inžinerijoje
Šaltasis tempimas, valcavimas ir šratinimas labai padidina medžiagų ir komponentų paviršiaus stiprumą.
Lokali plastinė deformacija, veikiama įtempių, gali būti apribota dėl darbo sukietėjimo, pagerinant komponentų saugą.
Atliekant štampavimą, sukietėjusios vietos nukreipia deformaciją į minkštesnes sritis, leidžiančias vienodai deformuotis visose dalyse.
Padidina mažai anglies{0}}plieno apdirbamumą, nes drožles lengviau atskirti. Tačiau tai padidina energijos sąnaudas tolesnio apdorojimo metu ir įrankių susidėvėjimą apdirbant.
03. Grūdų rafinavimo stiprinimas
Apibrėžimas
Grūdų rafinavimo stiprinimas pagerina mechanines savybes, nes sumažina grūdelių dydį.
Principas
Metalai yra polikristaliniai. Mažesni grūdeliai (ty daugiau grūdelių tūrio vienete) padidina stiprumą, kietumą, plastiškumą ir kietumą. Smulkesni grūdeliai tolygiau paskirsto deformaciją, sumažina įtempių koncentraciją ir trukdo plisti įtrūkimams. Taigi grūdų rafinavimas padidina stiprumą.
Efektai
Smulkesni grūdeliai sumažina išnirimo{0}}sukaupimo stresą ir padidina stiprumą.
Pagal Hall-Petch ryšį, mažesnis grūdelių dydis ddd padidina takumo ribą.
Grūdų rafinavimo metodai
Padidinkite peršalimą.
Gydymas inokuliacija.
Vibracija ir maišymas kietėjimo metu.
Šaltai{0}}deformuotuose metaluose: valdykite deformacijos laipsnį ir atkaitinimo temperatūrą.
04. Antrasis stiprinimo etapas
Apibrėžimas
Daugiafaziuose lydiniuose, be matricos fazės, yra ir antroji fazė. Kai smulkiai išsklaidytos antrosios fazės dalelės tolygiai pasiskirsto matricoje, jos žymiai sustiprina lydinį. Tai žinoma kaip antrojo{3}}fazės stiprinimas.
Tipai
Dislokacijos judėjimo požiūriu antrosios{0}}fazės dalelės skirstomos į:
Ne{0}}deformuojančios dalelės: stiprinimas per aplinkkelio mechanizmą (Orowan mechanizmas).
Deformuojančios dalelės: sutvirtinimas per pjovimo mechanizmą.
Dispersoidinis stiprinimas ir grūdinimas krituliais yra specifinės antrosios -fazės stiprinimo formos.
Efektai
Antrosios fazės{0}} dalelės sąveikauja su išnirimais, trukdydami jų judėjimui ir padidindamos lydinio atsparumą deformacijai.
Kiti veiksniai, darantys įtaką jėgai
Lydinio sudėtis, mikrostruktūra ir paviršiaus būklė.
Apkrovos sąlygos: greitis, režimas (tempimas prieš ciklinį).
Mėginio geometrija ir bandymo aplinka (pvz., vandenilio trapumas gali smarkiai sumažinti stiprumą).
Stiprinimo požiūrių santrauka
Du pagrindiniai būdai stiprinti metalus:
Padidinkite atominės sukibimo jėgą ir sukurkite{0}}be defektų kristalus (pvz., ūsus).
Įveskite defektus (dislokacijas, ištirpusių medžiagų atomus, grūdelių ribas ir kt.), kad sutrukdytumėte dislokacijos judėjimui -, kaip įrodyta, yra veiksmingiausias būdas.
Inžinerinės medžiagos paprastai remiasi stiprinimo mechanizmų deriniu, kad būtų pasiektas optimalus veikimas.
