Tăng cường dung dịch rắn

1. Định nghĩa

Hiện tượng trong đó các nguyên tố hợp kim được hòa tan trong kim loại cơ bản để gây ra một mức độ biến dạng mạng tinh thể nhất định và do đó làm tăng độ bền của hợp kim.

2. Nguyên tắc

Các nguyên tử chất tan hòa tan trong dung dịch rắn gây ra sự biến dạng mạng tinh thể, làm tăng khả năng chống chuyển động lệch vị trí, khó trượt và tăng cường độ và độ cứng của dung dịch rắn hợp kim.Hiện tượng tăng cường kim loại bằng cách hòa tan một phần tử chất tan nhất định để tạo thành dung dịch rắn được gọi là tăng cường dung dịch rắn.Khi nồng độ các nguyên tử chất tan thích hợp, độ bền và độ cứng của vật liệu có thể tăng lên, nhưng độ dai và độ dẻo của nó lại giảm đi.

3. Các yếu tố ảnh hưởng

Tỷ lệ nguyên tử của các nguyên tử chất tan càng cao thì tác dụng tăng cường càng lớn, đặc biệt khi tỷ lệ nguyên tử rất thấp, hiệu ứng tăng cường càng có ý nghĩa.

Sự khác biệt giữa các nguyên tử chất tan và kích thước nguyên tử của kim loại cơ bản càng lớn thì hiệu quả tăng cường càng lớn.

Các nguyên tử chất tan xen kẽ có tác dụng tăng cường dung dịch rắn lớn hơn các nguyên tử thay thế và do sự biến dạng mạng tinh thể của các nguyên tử xen kẽ trong tinh thể lập phương tâm diện là không đối xứng, nên hiệu ứng tăng cường của chúng lớn hơn so với tinh thể lập phương tâm diện;nhưng các nguyên tử xen kẽ Độ hòa tan rắn rất hạn chế, do đó hiệu quả tăng cường thực tế cũng bị hạn chế.

Sự khác biệt về số lượng electron hóa trị giữa các nguyên tử chất tan và kim loại cơ bản càng lớn thì hiệu ứng tăng cường dung dịch rắn càng rõ ràng, nghĩa là cường độ năng suất của dung dịch rắn càng tăng khi nồng độ electron hóa trị tăng.

4. Mức độ tăng cường dung dịch rắn chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau

Sự khác biệt về kích thước giữa các nguyên tử ma trận và các nguyên tử chất tan.Sự khác biệt về kích thước càng lớn, sự can thiệp vào cấu trúc tinh thể ban đầu càng lớn và việc trượt trật khớp càng khó khăn hơn.

Hàm lượng các nguyên tố hợp kim.Càng nhiều nguyên tố hợp kim được thêm vào, hiệu ứng tăng cường càng lớn.Nếu quá nhiều nguyên tử quá lớn hoặc quá nhỏ, độ hòa tan sẽ bị vượt quá.Điều này liên quan đến một cơ chế tăng cường khác, tăng cường pha phân tán.

Các nguyên tử chất tan xen kẽ có tác dụng tăng cường dung dịch rắn hơn các nguyên tử thay thế.

Sự khác biệt về số lượng electron hóa trị giữa các nguyên tử chất tan và kim loại cơ bản càng lớn thì tác dụng tăng cường dung dịch rắn càng rõ rệt.

5. Hiệu ứng

Độ bền năng suất, độ bền kéo và độ cứng mạnh hơn kim loại nguyên chất;

Trong hầu hết các trường hợp, độ dẻo thấp hơn so với kim loại nguyên chất;

Độ dẫn điện thấp hơn nhiều so với kim loại nguyên chất;

Khả năng chống rão, hoặc giảm cường độ ở nhiệt độ cao, có thể được cải thiện bằng cách tăng cường dung dịch rắn.

làm việc chăm chỉ

1. Định nghĩa

Khi mức độ biến dạng nguội tăng lên, độ bền và độ cứng của vật liệu kim loại tăng lên, nhưng độ dẻo và độ dai lại giảm.

2. Giới thiệu

Hiện tượng độ bền và độ cứng của vật liệu kim loại tăng lên khi chúng bị biến dạng dẻo dưới nhiệt độ kết tinh lại, trong khi độ dẻo và độ dai giảm.Còn được gọi là làm cứng nguội.Nguyên nhân là do khi kim loại bị biến dạng dẻo, các hạt tinh thể trượt và lệch vị trí bị vướng vào nhau, khiến các hạt tinh thể bị kéo dài ra, đứt gãy và xơ hóa, đồng thời sinh ra ứng suất dư trong kim loại.Mức độ làm cứng thường được biểu thị bằng tỷ lệ giữa độ cứng vi mô của lớp bề mặt sau khi xử lý so với trước khi xử lý và độ sâu của lớp cứng.

3. Diễn giải dưới góc độ lý thuyết trật khớp

(1) Giao lộ xảy ra giữa các trật khớp và các vết cắt tạo ra cản trở chuyển động của trật khớp;

(2) Giữa các lần trật khớp xảy ra phản ứng, trật khớp cố định đã hình thành cản trở chuyển động của trật khớp;

(3) Sự gia tăng trật khớp xảy ra và sự gia tăng mật độ trật khớp càng làm tăng khả năng chống lại chuyển động trật khớp.

4. Tác hại

Làm cứng công việc gây khó khăn cho việc xử lý thêm các bộ phận kim loại.Ví dụ, trong quá trình cán nguội, tấm thép sẽ ngày càng khó cuộn hơn, vì vậy cần bố trí quá trình ủ trung gian trong quá trình xử lý để loại bỏ công việc làm cứng bằng cách nung nóng.Một ví dụ khác là làm cho bề mặt phôi trở nên giòn và cứng trong quá trình cắt, do đó làm tăng tốc độ mài mòn của dụng cụ và tăng lực cắt.

5. Lợi ích

Nó có thể cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn của kim loại, đặc biệt đối với những kim loại nguyên chất và một số hợp kim không thể cải thiện bằng cách xử lý nhiệt.Ví dụ, dây thép cường độ cao kéo nguội và lò xo cuộn nguội, v.v., sử dụng biến dạng gia công nguội để cải thiện độ bền và giới hạn đàn hồi của nó.Một ví dụ khác là việc sử dụng công việc làm cứng để cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của xe tăng, đường ray máy kéo, hàm máy nghiền và đường ray xe lửa.

6. Vai trò trong ngành cơ khí

Sau khi vẽ nguội, cán và bắn peening (xem tăng cường bề mặt) và các quy trình khác, độ bền bề mặt của vật liệu kim loại, các bộ phận và linh kiện có thể được cải thiện đáng kể;

Sau khi các bộ phận được ứng suất, ứng suất cục bộ của một số bộ phận thường vượt quá giới hạn chảy của vật liệu, gây ra biến dạng dẻo.Do làm cứng, sự phát triển liên tục của biến dạng dẻo bị hạn chế, điều này có thể cải thiện độ an toàn của các bộ phận và linh kiện;

Khi một bộ phận hoặc bộ phận kim loại được dập, biến dạng dẻo của nó đi kèm với việc tăng cường, do đó biến dạng được chuyển sang phần cứng chưa gia công xung quanh nó.Sau các hành động xen kẽ lặp đi lặp lại như vậy, có thể thu được các bộ phận dập nguội với biến dạng mặt cắt ngang đồng nhất;

Nó có thể cải thiện hiệu suất cắt của thép carbon thấp và làm cho chip dễ dàng tách ra.Nhưng quá trình làm cứng cũng gây khó khăn cho việc xử lý thêm các bộ phận kim loại.Ví dụ, dây thép kéo nguội tiêu tốn nhiều năng lượng để kéo thêm do quá trình làm cứng, thậm chí có thể bị đứt.Do đó, nó phải được ủ để loại bỏ công việc làm cứng trước khi vẽ.Một ví dụ khác là để làm cho bề mặt phôi giòn và cứng trong quá trình cắt, lực cắt được tăng lên trong quá trình cắt lại và độ mòn của dụng cụ được tăng tốc.

Tăng cường hạt mịn

1. Định nghĩa

Phương pháp cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu kim loại bằng cách tinh chế các hạt tinh thể được gọi là tăng cường tinh thể.Trong công nghiệp, độ bền của vật liệu được cải thiện bằng cách tinh chế các hạt tinh thể.

2. Nguyên tắc

Kim loại thường là đa tinh thể bao gồm nhiều hạt tinh thể.Kích thước của các hạt tinh thể có thể được biểu thị bằng số lượng hạt tinh thể trên một đơn vị thể tích.Số lượng càng nhiều, hạt tinh thể càng mịn.Các thí nghiệm cho thấy kim loại hạt mịn ở nhiệt độ phòng có độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai cao hơn kim loại hạt thô.Điều này là do các hạt mịn bị biến dạng dẻo dưới tác dụng của ngoại lực và có thể được phân tán thành nhiều hạt hơn, biến dạng dẻo đồng đều hơn và nồng độ ứng suất ít hơn;Ngoài ra, hạt càng mịn thì diện tích ranh giới hạt càng lớn và ranh giới hạt càng quanh co.Sự lan truyền vết nứt càng bất lợi.Do đó, phương pháp cải thiện sức mạnh của vật liệu bằng cách tinh chế các hạt tinh thể được gọi là tăng cường tinh chế hạt trong ngành.

3. Hiệu ứng

Kích thước hạt càng nhỏ thì số lượng trật khớp (n) trong cụm trật khớp càng nhỏ.Theo τ=nτ0, ứng suất tập trung càng nhỏ thì cường độ vật liệu càng cao;

Quy luật tăng cường của việc tăng cường hạt mịn là càng có nhiều ranh giới hạt thì hạt càng mịn.Theo mối quan hệ Hall-Peiqi, giá trị trung bình (d) của hạt càng nhỏ thì cường độ năng suất của vật liệu càng cao.

4. Phương pháp sàng hạt

Tăng mức độ làm mát phụ;

Xử lý hư hỏng;

Rung và khuấy;

Đối với kim loại biến dạng nguội, các hạt tinh thể có thể được tinh chế bằng cách kiểm soát mức độ biến dạng và nhiệt độ ủ.

Gia cố giai đoạn hai

1. Định nghĩa

So với hợp kim một pha, hợp kim nhiều pha có pha thứ hai ngoài pha ma trận.Khi pha thứ hai được phân bố đồng đều trong pha ma trận với các hạt phân tán mịn, nó sẽ có tác dụng tăng cường đáng kể.Hiệu ứng tăng cường này được gọi là tăng cường giai đoạn thứ hai.

2. Phân loại

Đối với chuyển động của sự lệch pha, pha thứ hai chứa trong hợp kim có hai trường hợp sau:

(1) Gia cố các hạt không biến dạng (cơ chế bỏ qua).

(2) Gia cố các hạt có thể biến dạng (cơ chế xuyên qua).

Cả tăng cường phân tán và tăng cường kết tủa đều là những trường hợp đặc biệt của tăng cường pha thứ hai.

3. Hiệu ứng

Lý do chính để tăng cường pha thứ hai là sự tương tác giữa chúng và trật khớp, cản trở chuyển động của trật khớp và cải thiện khả năng chống biến dạng của hợp kim.

tóm lại

Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cường độ là thành phần, cấu trúc và trạng thái bề mặt của vật liệu;thứ hai là trạng thái của lực, chẳng hạn như tốc độ của lực, phương pháp tải, lực kéo đơn giản hoặc lực lặp lại, sẽ cho thấy các cường độ khác nhau;Ngoài ra, hình dạng và kích thước của mẫu thử và môi trường thử nghiệm cũng có ảnh hưởng lớn, thậm chí có khi mang tính quyết định.Ví dụ, độ bền kéo của thép cường độ cực cao trong khí quyển hydro có thể giảm theo cấp số nhân.

Chỉ có hai cách để tăng cường vật liệu kim loại.Một là tăng lực liên kết giữa các nguyên tử của hợp kim, tăng cường độ lý thuyết của nó và chuẩn bị một tinh thể hoàn chỉnh không có khuyết tật, chẳng hạn như râu ria.Được biết, độ bền của râu sắt gần với giá trị lý thuyết.Có thể coi đây là do râu không có trật khớp, hoặc chỉ có một lượng nhỏ trật khớp không thể sinh sôi nảy nở trong quá trình biến dạng.Thật không may, khi đường kính của râu lớn hơn, sức mạnh giảm mạnh.Một cách tiếp cận tăng cường khác là đưa một số lượng lớn các khuyết tật tinh thể vào tinh thể, chẳng hạn như sai lệch, khuyết tật điểm, nguyên tử không đồng nhất, ranh giới hạt, hạt phân tán cao hoặc không đồng nhất (chẳng hạn như phân tách), v.v. Những khuyết tật này cản trở sự di chuyển của sai lệch và cũng cải thiện đáng kể sức mạnh của kim loại.Thực tế đã chứng minh rằng đây là cách hiệu quả nhất để tăng độ bền của kim loại.Đối với vật liệu kỹ thuật, thường thông qua các hiệu ứng tăng cường toàn diện để đạt được hiệu suất toàn diện tốt hơn.