1. Деформаційне зміцнення (або деформаційне зміцнення, наклеп)
Визначення
Після того, як матеріал дає, зі збільшенням ступеня деформації міцність і твердість матеріалу збільшуються, а явище, коли пластичність і в'язкість зменшуються, називається деформаційним зміцненням або наклепом.
Механізм
У міру пластичної деформації щільність дислокацій безперервно зростає, тому під час руху посилюється взаємна доставка дислокацій, у результаті чого виникають перешкоди, такі як нерухомі сходинки та зачеплення дислокацій, які збільшують опір руху дислокацій і викликають деформацію. Збільшення опору ускладнить продовження пластичної деформації, тим самим покращуючи міцність металу: збільшується ступінь деформації, зростає міцність і твердість матеріалу, знижується пластичність і в'язкість, а щільність дислокацій продовжує зростати. Відповідно до картини формули можна знати, що сила та щільність дислокації ρ пропорційна половині степеня, чим більший вектор Бюргерса b дислокації, тим суттєвіший ефект зміцнення.
метод
Холодна деформація, така як холодне пресування, прокатка, дробеструйна обробка тощо.
приклад
Холоднотягнутий сталевий дріт може подвоїти свою міцність.
Практичне значення деформаційного зміцнення (переваги та недоліки)
(1) Переваги:
①Деформаційне зміцнення є ефективним методом зміцнення металів. Для деяких матеріалів, які не можна зміцнити термічною обробкою, для підвищення міцності матеріалу можна використовувати деформаційне зміцнення, яке може подвоїти міцність.
②Це важливий фактор у обробці та формуванні деяких заготовок або напівфабрикатів, який забезпечує рівномірну деформацію металу та робить можливим формування заготовок або напівфабрикатів, наприклад холоднотягнутого сталевого дроту та штампування деталей.
③Посилення деформації також може підвищити безпеку деталей або компонентів під час використання. Коли концентрація напруги або перевантаження відбувається в певних частинах деталі, у цьому місці відбудеться пластична деформація, і деформація перевантаженої деталі припиниться через робоче зміцнення, тим самим покращуючи безпеку. секс.
(2) Недоліки:
①Деформаційне зміцнення також створює проблеми для виробництва та використання матеріалів. Деформація збільшує міцність і зменшує пластичність, що ускладнює продовження деформації та вимагає більшого споживання енергії.
②Для того, щоб матеріал продовжував деформуватися, потрібен рекристалізаційний відпал посередині, щоб матеріал міг продовжувати деформуватися без розтріскування, що збільшує вартість виробництва.
2. Зміцнення твердого розчину
Визначення
Зі збільшенням вмісту атомів розчиненої речовини зростає міцність і твердість твердого розчину, а явище зниження пластичності і в'язкості називається зміцненням твердого розчину.
Механізм
(1) Розчинення атомів розчиненої речовини спотворює решітку твердого розчину і перешкоджає руху дислокацій по площині ковзання.
(2) Повітряна маса Коріоліса, утворена розділеними атомами розчиненої речовини на лінії дислокації, може закріпити дислокацію та збільшити опір руху дислокації.
(3) Сегрегація атомів розчиненої речовини в області дефекту упаковки перешкоджає руху протяжних дислокацій. Збільшити міцність можуть усі чинники, які перешкоджають руху вивихів і збільшують опір руху вивихів.
закон
①В діапазоні розчинності твердого розчину чим більша масова частка легуючих елементів, тим більший ефект зміцнення
②Чим більша різниця в розмірах між атомами розчиненої речовини та атомами розчинника, тим суттєвішим буде ефект посилення.
③Посилювальний ефект розчинених елементів, що утворюють інтерстиціальні тверді розчини, більший, ніж елементи, що утворюють замінні тверді розчини
④Чим більша різниця в кількості валентних електронів між атомами розчиненої речовини та атомами розчинника, тим більший ефект посилення.
метод
Легування, тобто додавання легуючих елементів.
приклад
Міцність мідно-нікелевих сплавів вище, ніж у чистих металів міді та нікелю.
3. Дрібне зміцнення зерна
Визначення
Зі зменшенням розміру зерна міцність і твердість матеріалу збільшуються, а те явище, що пластичність і в'язкість також покращуються, називається зміцненням дрібного зерна.
Механізм
Принцип полягає в блокуючому впливі меж зерен на ковзання дислокацій. Для полікристалів рух дислокацій повинен долати опір меж зерен. Це пояснюється тим, що орієнтації дислокацій по обидві сторони меж зерен різні, тому в певному зерні дислокації, що ковзають, не можуть безпосередньо перетнути межу зерна та увійти в сусідню межу зерна. Лише коли велика кількість дислокацій упакована на межі зерен і спричиняє концентрацію напруги, можна стимулювати рух існуючих дислокацій у сусідніх зернах, щоб створити ковзання. Отже, чим дрібніше зерна, тим вище міцність матеріалу.
закон
Чим дрібніше зерно, тим більше площа межі зерна. Відповідно до картини формули Холла-Пейджа, чим менший середній діаметр d зерна, тим вище межа текучості σs матеріалу.
Спосіб подрібнення зерна
① Під час процесу кристалізації кристалічні зерна можна подрібнити шляхом збільшення ступеня переохолодження, модифікаційної обробки, вібрації та перемішування для збільшення швидкості зародження;
② Для холодно деформованих металів зерна можна подрібнити, контролюючи ступінь деформації та температуру відпалу;
③Зерна можуть бути уточнені методами термічної обробки нормалізації та відпалу;
④ До сталі можна додавати легуючі елементи, щоб утворити нову фазу для пригнічення росту зерна.
4. Друга фаза зміцнення
Визначення
У металевій матриці є одна або кілька інших фаз, і наявність цих фаз підвищує міцність металу. Через різні процеси отримання другої фази другу фазу зміцнення поділяють на ①осадкове зміцнення: другу фазу отримують за допомогою термічної обробки зі зміною фази ②дисперсійне зміцнення: другу фазу отримують шляхом спікання порошку або внутрішнього окислення.
Механізм
Коли дислокація стикається з другою фазою під час руху, їй потрібно обійти або прорізати другу фазу, щоб друга фаза перешкоджала руху дислокації та покращувала міцність матеріалу.
приклад
Наявність цементиту в сталі підвищує її міцність сталі.
