Pengukuhan penyelesaian pepejal

1. Definisi

Fenomena di mana unsur pengaloian dilarutkan dalam logam asas untuk menyebabkan tahap herotan kekisi tertentu dan dengan itu meningkatkan kekuatan aloi.

2. Prinsip

Atom terlarut yang terlarut dalam larutan pepejal menyebabkan herotan kekisi, yang meningkatkan rintangan pergerakan terkehel, menjadikan gelinciran sukar, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan larutan pepejal aloi. Fenomena pengukuhan logam dengan melarutkan unsur terlarut tertentu untuk membentuk larutan pepejal dipanggil pengukuhan larutan pepejal. Apabila kepekatan atom terlarut adalah sesuai, kekuatan dan kekerasan bahan boleh ditingkatkan, tetapi keliatan dan keplastikannya telah berkurangan.

3. Faktor yang mempengaruhi

Semakin tinggi pecahan atom atom terlarut, semakin besar kesan pengukuhan, terutamanya apabila pecahan atom sangat rendah, kesan pengukuhan adalah lebih ketara.

Semakin besar perbezaan antara atom terlarut dan saiz atom logam asas, semakin besar kesan pengukuhan.

Atom zat terlarut celahan mempunyai kesan pengukuhan larutan pepejal yang lebih besar daripada atom gantian, dan kerana herotan kekisi atom celahan dalam hablur padu berpusat badan adalah tidak simetri, kesan pengukuhannya lebih besar daripada hablur padu berpusat muka; tetapi atom interstisial Keterlarutan pepejal adalah sangat terhad, jadi kesan pengukuhan sebenar juga terhad.

Semakin besar perbezaan bilangan elektron valens antara atom terlarut dan logam asas, semakin jelas kesan pengukuhan larutan pepejal, iaitu, kekuatan hasil larutan pepejal meningkat dengan peningkatan kepekatan elektron valens.

4. Tahap pengukuhan larutan pepejal terutamanya bergantung kepada faktor berikut

Perbezaan saiz antara atom matriks dan atom terlarut. Lebih besar perbezaan saiz, lebih besar gangguan kepada struktur kristal asal, dan lebih sukar untuk gelinciran terkehel.

Jumlah unsur pengaloian. Lebih banyak unsur mengaloi ditambah, lebih besar kesan pengukuhan. Jika terlalu banyak atom terlalu besar atau terlalu kecil, keterlarutan akan melebihi. Ini melibatkan satu lagi mekanisme pengukuhan, pengukuhan fasa tersebar.

Atom terlarut interstisial mempunyai kesan pengukuhan larutan pepejal yang lebih besar daripada atom pengganti.

Semakin besar perbezaan bilangan elektron valens antara atom terlarut dan logam asas, semakin ketara kesan pengukuhan larutan pepejal.

5. Kesan

Kekuatan hasil, kekuatan tegangan dan kekerasan adalah lebih kuat daripada logam tulen;

Dalam kebanyakan kes, kemuluran adalah lebih rendah daripada logam tulen;

Kekonduksian jauh lebih rendah daripada logam tulen;

Rintangan rayapan, atau kehilangan kekuatan pada suhu tinggi, boleh dipertingkatkan dengan pengukuhan larutan pepejal.

Pengerasan kerja

1. Definisi

Apabila tahap ubah bentuk sejuk meningkat, kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat, tetapi keplastikan dan keliatan berkurangan.

2. Pengenalan

Fenomena di mana kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat apabila ia berubah bentuk secara plastis di bawah suhu penghabluran semula, manakala keplastikan dan keliatan berkurangan. Juga dikenali sebagai pengerasan kerja sejuk. Sebabnya ialah apabila logam itu cacat secara plastis, butiran kristal tergelincir dan terkehel terjerat, yang menyebabkan butiran kristal memanjang, pecah, dan menjadi gentian, dan tegasan sisa dijana dalam logam. Tahap pengerasan kerja biasanya dinyatakan dengan nisbah kekerasan mikro lapisan permukaan selepas diproses dengan sebelum pemprosesan dan kedalaman lapisan yang dikeraskan.

3. Tafsiran dari perspektif teori dislokasi

(1) Persilangan berlaku di antara kehelan, dan pemotongan yang terhasil menghalang pergerakan kehelan;

(2) Tindak balas berlaku di antara kehelan, dan kehelan tetap yang terbentuk menghalang pergerakan kehelan;

(3) Percambahan kehelan berlaku, dan peningkatan ketumpatan kehelan meningkatkan lagi rintangan terhadap pergerakan kehelan.

4. Kemudaratan

Pengerasan kerja membawa kesukaran kepada pemprosesan selanjutnya bahagian logam. Sebagai contoh, dalam proses penggelek sejuk plat keluli, ia akan menjadi lebih sukar dan lebih sukar untuk digulung, jadi perlu untuk mengatur penyepuhlindapan perantaraan semasa proses pemprosesan untuk menghapuskan pengerasan kerjanya dengan pemanasan. Contoh lain ialah menjadikan permukaan bahan kerja rapuh dan keras dalam proses pemotongan, dengan itu mempercepatkan haus alat dan meningkatkan daya pemotongan.

5. Faedah

Ia boleh meningkatkan kekuatan, kekerasan dan rintangan haus logam, terutamanya bagi logam tulen dan aloi tertentu yang tidak boleh diperbaiki dengan rawatan haba. Contohnya, dawai keluli berkekuatan tinggi yang ditarik sejuk dan spring bergelung sejuk, dsb., gunakan ubah bentuk kerja sejuk untuk meningkatkan kekuatan dan had keanjalannya. Contoh lain ialah penggunaan pengerasan kerja untuk meningkatkan kekerasan dan rintangan haus kereta kebal, landasan traktor, rahang penghancur dan laluan kereta api.

6. Peranan dalam kejuruteraan mekanikal

Selepas lukisan sejuk, rolling dan shot peening (lihat pengukuhan permukaan) dan proses lain, kekuatan permukaan bahan logam, bahagian dan komponen boleh dipertingkatkan dengan ketara;

Selepas bahagian itu ditekankan, tegasan tempatan bahagian tertentu sering melebihi had hasil bahan, menyebabkan ubah bentuk plastik. Oleh kerana pengerasan kerja, perkembangan ubah bentuk plastik yang berterusan adalah terhad, yang boleh meningkatkan keselamatan bahagian dan komponen;

Apabila bahagian atau komponen logam dicap, ubah bentuk plastiknya disertai dengan pengukuhan, supaya ubah bentuk dipindahkan ke bahagian keras yang tidak dikerjakan di sekelilingnya. Selepas tindakan berselang-seli berulang itu, bahagian pengecapan sejuk dengan ubah bentuk keratan rentas seragam boleh diperolehi;

Ia boleh meningkatkan prestasi pemotongan keluli karbon rendah dan menjadikan cip mudah diasingkan. Tetapi pengerasan kerja juga membawa kesukaran kepada pemprosesan selanjutnya bahagian logam. Sebagai contoh, dawai keluli yang ditarik sejuk menggunakan banyak tenaga untuk lukisan selanjutnya disebabkan pengerasan kerja, malah mungkin patah. Oleh itu, ia mesti disepuhlindapkan untuk menghapuskan pengerasan kerja sebelum melukis. Contoh lain ialah untuk menjadikan permukaan bahan kerja rapuh dan keras semasa pemotongan, daya pemotongan meningkat semasa pemotongan semula, dan haus alat dipercepatkan.

Pengukuhan bijirin halus

1. Definisi

Kaedah untuk memperbaiki sifat mekanikal bahan logam dengan menapis butiran kristal dipanggil pengukuhan penapisan kristal. Dalam industri, kekuatan bahan dipertingkatkan dengan menapis butiran kristal.

2. Prinsip

Logam biasanya polikristal terdiri daripada banyak butiran kristal. Saiz butiran kristal boleh dinyatakan dengan bilangan butiran kristal per unit isipadu. Lebih banyak nombor, lebih halus butiran kristal. Eksperimen menunjukkan bahawa logam berbutir halus pada suhu bilik mempunyai kekuatan, kekerasan, keplastikan dan keliatan yang lebih tinggi daripada logam berbutir kasar. Ini kerana butiran halus mengalami ubah bentuk plastik di bawah daya luaran dan boleh tersebar dalam lebih banyak butiran, ubah bentuk plastik lebih seragam, dan kepekatan tegasan adalah kurang; selain itu, semakin halus bijian, semakin besar kawasan sempadan bijian dan sempadan bijian yang lebih berliku-liku. Lebih tidak menguntungkan penyebaran retakan. Oleh itu, kaedah meningkatkan kekuatan bahan dengan menapis butiran kristal dipanggil pengukuhan penapisan bijirin dalam industri.

3. Kesan

Semakin kecil saiz butiran, semakin kecil bilangan kehelan (n) dalam kelompok kehelan. Menurut τ=nτ0, semakin kecil kepekatan tegasan, semakin tinggi kekuatan bahan;

Hukum pengukuhan pengukuhan butiran halus ialah semakin banyak sempadan butiran, semakin halus butirannya. Mengikut hubungan Hall-Peiqi, semakin kecil nilai purata (d) bijirin, semakin tinggi kekuatan hasil bahan.

4. Kaedah penghalusan bijirin

Meningkatkan tahap penyejukan kecil;

Rawatan kemerosotan;

Getaran dan kacau;

Untuk logam cacat sejuk, butiran kristal boleh ditapis dengan mengawal tahap ubah bentuk dan suhu penyepuhlindapan.

Pengukuhan fasa kedua

1. Definisi

Berbanding dengan aloi fasa tunggal, aloi berbilang fasa mempunyai fasa kedua sebagai tambahan kepada fasa matriks. Apabila fasa kedua diedarkan secara seragam dalam fasa matriks dengan zarah tersebar halus, ia akan mempunyai kesan pengukuhan yang ketara. Kesan pengukuhan ini dipanggil pengukuhan fasa kedua.

2. Pengelasan

Untuk pergerakan kehelan, fasa kedua yang terkandung dalam aloi mempunyai dua situasi berikut:

(1) Pengukuhan zarah tidak boleh ubah bentuk (mekanisme pintasan).

(2) Pengukuhan zarah boleh ubah bentuk (mekanisme potong).

Kedua-dua pengukuhan serakan dan pengukuhan kerpasan adalah kes khas pengukuhan fasa kedua.

3. Kesan

Sebab utama pengukuhan fasa kedua ialah interaksi antara mereka dan kehelan, yang menghalang pergerakan kehelan dan meningkatkan rintangan ubah bentuk aloi.

untuk merumuskan

Faktor terpenting yang mempengaruhi kekuatan ialah komposisi, struktur dan keadaan permukaan bahan itu sendiri; yang kedua ialah keadaan daya, seperti kelajuan daya, kaedah pemuatan, regangan mudah atau daya berulang, akan menunjukkan kekuatan yang berbeza; Di samping itu, geometri dan saiz sampel dan medium ujian juga mempunyai pengaruh yang besar, kadang-kadang juga menentukan. Sebagai contoh, kekuatan tegangan keluli berkekuatan ultra tinggi dalam suasana hidrogen mungkin menurun secara eksponen.

Terdapat hanya dua cara untuk menguatkan bahan logam. Satu adalah untuk meningkatkan daya ikatan interatomik aloi, meningkatkan kekuatan teorinya, dan menyediakan kristal lengkap tanpa kecacatan, seperti misai. Adalah diketahui bahawa kekuatan misai besi adalah hampir dengan nilai teori. Ia boleh dianggap bahawa ini adalah kerana tiada kehelan dalam misai, atau hanya sejumlah kecil kehelan yang tidak boleh membiak semasa proses ubah bentuk. Malangnya, apabila diameter misai lebih besar, kekuatannya menurun secara mendadak. Pendekatan pengukuhan lain adalah dengan memperkenalkan sejumlah besar kecacatan kristal ke dalam kristal, seperti kehelan, kecacatan titik, atom heterogen, sempadan butiran, zarah yang sangat tersebar atau ketidakhomogenan (seperti pengasingan), dll. Kecacatan ini menghalang pergerakan kehelan dan juga Meningkatkan kekuatan logam dengan ketara. Fakta telah membuktikan bahawa ini adalah cara yang paling berkesan untuk meningkatkan kekuatan logam. Untuk bahan kejuruteraan, secara amnya melalui kesan pengukuhan komprehensif untuk mencapai prestasi komprehensif yang lebih baik.