Определение
След като материалът се поддаде, явлението, при което неговата якост и твърдост се увеличават, докато неговата пластичност и издръжливост намаляват с увеличаване на степента на деформация, се нарича деформационно втвърдяване или работно втвърдяване.
02
Механизъм
С напредването на пластичната деформация плътността на дислокациите се увеличава, което води до по-сложни взаимодействия между дислокациите по време на движение. Това води до образуването на фиксирани стъпала и дислокационни възли, които увеличават устойчивостта на движение на дислокация, увеличавайки устойчивостта на деформация и затруднявайки по-нататъшната пластична деформация, като по този начин увеличават здравината на метала.
Физически модел: С увеличаване на степента на деформация, силата и твърдостта на материала се увеличават, докато неговата пластичност и издръжливост намаляват. Плътността на дислокациите продължава да нараства. Според формулата и фигурата якостта е пропорционална на квадрата на плътността на дислокацията ρ. Колкото по-голям е векторът на Burgers b на дислокациите, толкова по-значителен е ефектът на укрепване.
03
Методи
Студена деформация, като студено пресоване, валцоване и ударно уплътняване.
04
Пример
Стоманената тел със студено изтегляне може да увеличи експоненциално силата си.
05
Практическото значение на деформационното укрепване (предимства и недостатъци)
(1) Предимства:
① Деформационното укрепване е ефективен метод за укрепване на метали. За някои материали, които не могат да бъдат укрепени чрез топлинна обработка, може да се използва деформационно укрепване за увеличаване на якостта на материала, което може да увеличи якостта експоненциално.
② Това е важен фактор при обработката и формоването на определени детайли или полуготови продукти. Това кара метала да се деформира равномерно, което прави възможно формоването на детайли или полу-завършени продукти, като студено-изтеглена стоманена тел и щамповане на части.
③ Деформационното укрепване може също да подобри безопасността на части или компоненти по време на употреба. Когато в определени части на частите възникне концентрация на напрежение или претоварване, в тази част възниква пластична деформация. Благодарение на работното втвърдяване, деформацията на претоварената част спира, като по този начин се подобрява безопасността.
(2) Недостатъци:
① Укрепването чрез деформация също създава проблеми при производството и използването на материали. Деформацията увеличава якостта и намалява пластичността, което затруднява продължаването на деформацията и изисква повече консумация на енергия.
② За да може материалът да продължи да се деформира, е необходимо рекристализиращо отгряване в средата, така че материалът да може да продължи да се деформира без напукване, което увеличава производствените разходи.
Снимка
Снимка
II. Укрепване на твърд разтвор
Снимка
01
Определение
Феноменът, при който якостта и твърдостта на твърдия разтвор се увеличават, докато пластичността и якостта намаляват с увеличаването на съдържанието на атомите на разтвореното вещество, се нарича укрепване на твърдия разтвор.
02
Механизъм
(1) Разтварянето на атомите на разтвореното вещество изкривява решетката на твърдия разтвор, което има обструктивен ефект върху движението на дислокациите върху равнината на приплъзване.
(2) Газът на Кориолис, образуван от атомите на разтвореното вещество, отделени върху линията на дислокация, закрепва дислокацията и увеличава съпротивлението на движението на дислокацията.
(3) Сегрегацията на атомите на разтвореното вещество в областта на грешката при наслагване възпрепятства движението на разширени дислокации. Всички фактори, които възпрепятстват движението на дислокацията и увеличават устойчивостта на движение на дислокация, могат да увеличат силата.
03
закон
①В рамките на диапазона на разтворимост на твърдия разтвор, колкото по-голяма е масовата част на легиращия елемент, толкова по-голям е укрепващият ефект
②Колкото по-голяма е разликата в размера между атомите на разтвореното вещество и атомите на разтворителя, толкова по-значителен е укрепващият ефект.
③ Укрепващият ефект на разтворените елементи, които образуват интерстициални твърди разтвори, е по-голям от този на елементите, които образуват заместващи твърди разтвори.
④ Колкото по-голяма е разликата в броя на валентните електрони между атомите на разтвореното вещество и разтворителя, толкова по-голям е укрепващият ефект.
04
Методи
Легиране, т.е. добавяне на легиращи елементи.
05
Пример
Якостта на мед-никеловите сплави е по-голяма от тази на чистата мед и никел.
Изображение
Изображение
III. Укрепване на рафинирането на зърното
Изображение
01
Определение
Укрепването чрез усъвършенстване на зърното е явлението, при което здравината и твърдостта на материала се увеличават, докато неговата пластичност и издръжливост също се подобряват с намаляване на размера на зърното.
02
Механизъм
Принципът зад този ефект е забавянето на приплъзването на дислокациите от границите на зърната. В поликристалните материали движението на дислокациите трябва да преодолее съпротивлението на границите на зърната. Това е така, защото дислокациите от двете страни на границата на зърното имат различна ориентация. Следователно, в дадено зърно, приплъзваща се дислокация не може директно да пресече границата на зърното в съседно зърно. Само когато голям брой дислокации се натрупат на границата на зърната, причинявайки концентрация на напрежение, движението на съществуващите дислокации в съседни зърна може да бъде стимулирано, за да причини приплъзване. Следователно, колкото по-фини са зърната, толкова по-висока е здравината на материала.
03
правило
Колкото по-фини са зърната, толкова по-голяма е граничната площ на зърната. Според уравнението на Hall-Page, колкото по-малък е средният диаметър на зърното d, толкова по-висока е границата на провлачване σs на материала.
04
Методи за рафиниране на зърното
① По време на процеса на кристализация може да се постигне усъвършенстване на зърното чрез увеличаване на степента на преохлаждане, извършване на модификация, вибриране и разбъркване, за да се увеличи скоростта на нуклеация.
② За студено{0}}деформирани метали може да се постигне усъвършенстване на зърното чрез контролиране на степента на деформация и температурата на отгряване.
③ Усъвършенстването на зърното може да се постигне чрез термични обработки като нормализиране и отгряване.
④ Към стоманата могат да се добавят легиращи елементи, за да се образуват нови фази, като по този начин се потиска растежа на зърната.
Изображение
Изображение
IV. Втора фаза Укрепване
Изображение
01
Определение
Наличието на една или повече допълнителни фази в металната матрица повишава якостта на метала. В зависимост от процеса, използван за получаване на втората фаза, укрепването на втората фаза може да бъде категоризирано, както следва: ① Утаяване на укрепването: получаване на втората фаза чрез термична обработка с фазова трансформация. ② Дисперсионно укрепване: получаване на втората фаза чрез синтероване на прах или вътрешно окисление.
02
Механизъм
По време на движението на дислокацията, дислокациите срещат вторична фаза и трябва да я заобиколят или пресекат. Тази вторична фаза възпрепятства движението на дислокациите, увеличавайки здравината на материала.
03
Пример
Наличието на цементит в стоманата повишава нейната якост.
