Penguatan larutan pepejal

1. Definisi

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

2. Prinsip

Atom zat terlarut yang terlarut dalam larutan pepejal menyebabkan herotan kekisi, yang meningkatkan rintangan pergerakan kehelan, menyukarkan gelinciran, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan larutan pepejal aloi. Fenomena pengukuhan logam dengan melarutkan unsur zat terlarut tertentu untuk membentuk larutan pepejal ini dipanggil pengukuhan larutan pepejal. Apabila kepekatan atom zat terlarut sesuai, kekuatan dan kekerasan bahan boleh ditingkatkan, tetapi keliatan dan keplastikan bahan tersebut telah berkurangan.

3. Faktor yang mempengaruhi

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

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

Atom zat terlarut interstis mempunyai kesan penguatan larutan pepejal yang lebih besar daripada atom penggantian, dan kerana herotan kekisi atom interstis dalam kristal kubik berpusatkan badan adalah asimetri, kesan penguatannya adalah lebih besar daripada kristal kubik berpusatkan muka; tetapi keterlarutan pepejal atom interstis sangat terhad, jadi kesan penguatan sebenar juga terhad.

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

4. Tahap pengukuhan larutan pepejal bergantung terutamanya kepada faktor-faktor berikut

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

Jumlah unsur pengaloi. Lebih banyak unsur pengaloi ditambah, lebih besar kesan pengukuhan. Jika terlalu banyak atom yang terlalu besar atau terlalu kecil, keterlarutan akan dilebihi. Ini melibatkan satu lagi mekanisme pengukuhan, iaitu pengukuhan fasa tersebar.

Atom zat terlarut interstis mempunyai kesan pengukuhan larutan pepejal yang lebih besar daripada atom penggantian.

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

5. Kesan

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

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

Kekonduksiannya jauh lebih rendah daripada logam tulen;

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

Pengerasan kerja

1. Definisi

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

2. Pengenalan

Satu fenomena di mana kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat apabila ia diubah bentuk secara plastik di bawah suhu penghabluran semula, manakala keplastikan dan ketahanan berkurangan. Juga dikenali sebagai pengerasan kerja sejuk. Sebabnya ialah apabila logam diubah bentuk secara plastik, butiran kristal tergelincir dan kehelan terjerat, yang menyebabkan butiran kristal memanjang, pecah, dan berserat, dan tegasan baki dihasilkan dalam logam. Tahap pengerasan kerja biasanya dinyatakan oleh nisbah kekerasan mikro lapisan permukaan selepas pemprosesan kepada sebelum pemprosesan dan kedalaman lapisan yang dikeraskan.

3. Tafsiran dari perspektif teori kehelan

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

(2) Satu tindak balas berlaku 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. Contohnya, dalam proses penggelek sejuk plat keluli, ia akan menjadi semakin keras untuk digulung, jadi perlu diatur penyepuhlindapan pertengahan semasa proses pemprosesan untuk menghapuskan pengerasan kerjanya melalui pemanasan. Satu lagi contoh ialah menjadikan permukaan benda kerja rapuh dan keras dalam proses pemotongan, sekali gus 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 melalui rawatan haba. Contohnya, dawai keluli kekuatan tinggi yang ditarik sejuk dan spring gegelung sejuk, dan sebagainya, menggunakan ubah bentuk kerja sejuk untuk meningkatkan kekuatan dan had elastiknya. Satu lagi contoh ialah penggunaan pengerasan kerja untuk meningkatkan kekerasan dan rintangan haus tangki, trek traktor, rahang penghancur dan pusingan kereta api.

6. Peranan dalam kejuruteraan mekanikal

Selepas lukisan sejuk, penggelekkan dan pengelupasan tembakan (lihat pengukuhan permukaan) dan proses lain, kekuatan permukaan bahan logam, bahagian dan komponen boleh diperbaiki dengan ketara;

Selepas bahagian-bahagian ditekan, tegasan setempat bahagian-bahagian tertentu sering melebihi had alah bahan, menyebabkan ubah bentuk plastik. Disebabkan oleh 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 sedemikian, bahagian setem sejuk dengan ubah bentuk keratan rentas seragam boleh diperolehi;

Ia boleh meningkatkan prestasi pemotongan keluli karbon rendah dan menjadikan serpihan mudah diasingkan. Tetapi pengerasan kerja juga membawa kesukaran kepada pemprosesan selanjutnya bahagian logam. Contohnya, dawai keluli yang ditarik sejuk menggunakan banyak tenaga untuk penarikan selanjutnya disebabkan oleh pengerasan kerja, dan mungkin juga rosak. Oleh itu, ia mesti disepuh untuk menghapuskan pengerasan kerja sebelum ditarik. Satu lagi contoh ialah untuk menjadikan permukaan bahan kerja rapuh dan keras semasa pemotongan, daya pemotongan ditingkatkan semasa pemotongan semula, dan haus alat dipercepatkan.

Penguatan butiran halus

1. Definisi

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

2. Prinsip

Logam biasanya merupakan polikristal yang terdiri daripada banyak butiran kristal. Saiz butiran kristal boleh dinyatakan dengan bilangan butiran kristal per unit isipadu. Lebih banyak bilangannya, lebih halus butiran kristal tersebut. Eksperimen menunjukkan bahawa logam berbutir halus pada suhu bilik mempunyai kekuatan, kekerasan, keplastikan dan ketahanan 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 lebih rendah; di samping itu, lebih halus butiran, lebih besar luas sempadan butiran dan lebih berliku-liku sempadan butiran. Lebih tidak menguntungkan perambatan retakan. Oleh itu, kaedah untuk meningkatkan kekuatan bahan dengan menapis butiran kristal dipanggil pengukuhan penapisan butiran dalam industri.

3. Kesan

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

Hukum pengukuhan bagi pengukuhan butiran halus ialah semakin banyak sempadan butiran, semakin halus butirannya. Menurut hubungan Hall-Peiqi, semakin kecil nilai purata (d) butiran, semakin tinggi kekuatan alah bahan tersebut.

4. Kaedah penghalusan bijirin

Meningkatkan tahap penyejukan sub;

Rawatan kemerosotan;

Getaran dan pengadukan;

Bagi logam yang berubah bentuk 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 selain fasa matriks. Apabila fasa kedua diagihkan secara seragam dalam fasa matriks dengan zarah halus yang tersebar, ia akan mempunyai kesan pengukuhan yang ketara. Kesan pengukuhan ini dipanggil pengukuhan fasa kedua.

2. Pengelasan

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

(1) Pengukuhan zarah yang tidak boleh diubah bentuk (mekanisme pintasan).

(2) Pengukuhan zarah yang boleh diubah bentuk (mekanisme pemotongan).

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

3. Kesan

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

untuk meringkaskan

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, kadangkala juga menentukan. Contohnya, kekuatan tegangan keluli berkekuatan ultra tinggi dalam atmosfera hidrogen boleh menurun secara eksponen.

Hanya terdapat dua cara untuk mengukuhkan bahan logam. Salah satunya adalah dengan meningkatkan daya ikatan interatom aloi, meningkatkan kekuatan teorinya, dan menyediakan kristal lengkap tanpa kecacatan, seperti misai. Telah diketahui bahawa kekuatan misai besi adalah hampir dengan nilai teori. Boleh dianggap bahawa ini adalah kerana tiada kehelan pada misai, atau hanya sedikit kehelan yang tidak dapat membiak semasa proses ubah bentuk. Malangnya, apabila diameter misai lebih besar, kekuatannya menurun dengan mendadak. Pendekatan pengukuhan lain adalah dengan memasukkan sejumlah besar kecacatan kristal ke dalam kristal, seperti kehelan, kecacatan titik, atom heterogen, sempadan butiran, zarah yang sangat tersebar atau ketidakhomogenan (seperti pengasingan), dsb. Kecacatan ini menghalang pergerakan kehelan dan juga meningkatkan kekuatan logam dengan ketara. Fakta telah membuktikan bahawa ini adalah cara paling berkesan untuk meningkatkan kekuatan logam. Bagi bahan kejuruteraan, ia biasanya melalui kesan pengukuhan komprehensif untuk mencapai prestasi komprehensif yang lebih baik.