چهار روش تقویت مواد فلزی

1. تقویت تغییر شکل (یا تقویت کرنش، سخت شدن کار)

تعریف

پس از تسلیم مواد، با افزایش درجه تغییر شکل، استحکام و سختی ماده افزایش می یابد و به این پدیده که پلاستیسیته و چقرمگی کاهش می یابد، تقویت تغییر شکل یا سخت کاری می گویند.

سازوکار

با ادامه تغییر شکل پلاستیک، چگالی نابجایی به طور مداوم افزایش می یابد، بنابراین تحویل متقابل نابجایی ها در حین حرکت تشدید می شود و در نتیجه موانعی مانند پله های ثابت و درهم تنیدگی های نابجایی ایجاد می شود که مقاومت حرکت دررفتگی را افزایش می دهد و باعث تغییر شکل می شود. افزایش مقاومت ادامه تغییر شکل پلاستیک را دشوار می کند و در نتیجه استحکام فلز را بهبود می بخشد: درجه تغییر شکل افزایش می یابد، استحکام و سختی مواد افزایش می یابد، انعطاف پذیری و چقرمگی کاهش می یابد و چگالی دررفتگی همچنان افزایش می یابد. با توجه به تصویر فرمول، استحکام و چگالی نابجایی را می توان دانست ρ متناسب با نصف توان است، هر چه برگر برگر b از نابجایی بزرگتر باشد، اثر تقویتی مهم تر است.

روش

تغییر شکل سرد، مانند پرس سرد، نورد، شات پینینگ و غیره.

مثال

سیم فولادی سرد می تواند استحکام خود را دو برابر کند.

اهمیت عملی تقویت تغییر شکل (مزایا و معایب)

(1) مزایا:

①تقویت تغییر شکل یک روش موثر برای تقویت فلزات است. برای برخی از مواد که با عملیات حرارتی قابل تقویت نیستند، می توان از تقویت تغییر شکل برای افزایش استحکام مواد استفاده کرد که می تواند استحکام را دو برابر کند.

②عامل مهمی در فرآوری و شکل دهی برخی از قطعات کار یا محصولات نیمه ساخته می باشد که باعث تغییر شکل فلز به صورت یکنواخت و امکان شکل دهی قطعه کار یا محصولات نیمه ساخته مانند سیم فولادی سرد کشی و مهر زنی قطعات می شود.

③تقویت تغییر شکل همچنین می تواند ایمنی قطعات یا اجزاء را در حین استفاده بهبود بخشد. هنگامی که تمرکز تنش یا اضافه بار در قسمت‌های خاصی از قطعه اتفاق می‌افتد، تغییر شکل پلاستیک در آن مکان رخ می‌دهد و تغییر شکل قسمت اضافه بار به دلیل سخت شدن کار متوقف می‌شود و در نتیجه ایمنی را بهبود می‌بخشد. ارتباط جنسی.

(2) معایب:

①تقویت تغییر شکل نیز مشکلاتی را برای تولید و استفاده از مواد به همراه دارد. تغییر شکل باعث افزایش استحکام و کاهش انعطاف پذیری می شود و ادامه تغییر شکل را دشوار می کند و نیاز به مصرف انرژی بیشتری دارد.

②برای اینکه مواد به تغییر شکل خود ادامه دهند، بازپخت مجدد کریستالیزاسیون در وسط مورد نیاز است، به طوری که مواد می توانند بدون ترک خوردن به تغییر شکل خود ادامه دهند، که هزینه تولید را افزایش می دهد.

2. تقویت محلول جامد

تعریف

با افزایش مقدار اتم املاح، استحکام و سختی محلول جامد افزایش می یابد و به این پدیده که پلاستیسیته و چقرمگی کاهش می یابد، تقویت محلول جامد می گویند.

سازوکار

(1) انحلال اتم های املاح، شبکه محلول جامد را مخدوش می کند و مانع حرکت نابجایی ها در صفحه لغزش می شود.

(2) توده هوای کوریولیس که توسط اتم های املاح جدا شده روی خط نابجایی تشکیل می شود، می تواند نابجایی را سنجاق کرده و مقاومت حرکت نابجایی را افزایش دهد.

(3) تفکیک اتم های املاح در ناحیه گسل انباشته مانع حرکت نابجایی های گسترده می شود. تمام عواملی که مانع حرکت دررفتگی ها می شوند و مقاومت حرکت دررفتگی را افزایش می دهند می توانند باعث افزایش استحکام شوند.

قانون

①در محدوده حلالیت محلول جامد، هر چه کسر جرمی عناصر آلیاژی بیشتر باشد، اثر تقویتی بیشتر خواهد بود.

②هر چه تفاوت اندازه بین اتم های املاح و اتم های حلال بیشتر باشد، اثر تقویتی بیشتر خواهد بود.

③اثر تقویتی عناصر املاح تشکیل دهنده محلول های جامد بینابینی بیشتر از عناصر تشکیل دهنده محلول های جامد جایگزین است.

④تفاوت تعداد الکترونهای ظرفیت بین اتمهای املاح و اتمهای حلال بیشتر باشد، اثر تقویتی بیشتر است.

روش

آلیاژسازی، یعنی افزودن عناصر آلیاژی.

مثال

استحکام آلیاژهای مس نیکل بیشتر از مس و فلزات خالص نیکل است.

3. تقویت دانه ریز

تعریف

با کاهش اندازه دانه، استحکام و سختی ماده افزایش می یابد و به این پدیده که انعطاف پذیری و چقرمگی نیز بهبود می یابد، تقویت دانه ریز می گویند.

سازوکار

اصل در اثر مسدود کردن مرزهای دانه بر روی لغزش نابجایی نهفته است. برای پلی کریستال ها، حرکت نابجایی ها باید بر مقاومت مرزهای دانه غلبه کند. دلیل آن این است که جهت گیری های نابجایی در دو طرف مرز دانه ها متفاوت است، بنابراین در یک دانه خاص، نابجایی های لغزنده نمی توانند مستقیماً از مرز دانه عبور کرده و وارد مرز دانه مجاور شوند. تنها زمانی که تعداد زیادی از نابجایی ها در مرز دانه جمع می شوند و باعث تمرکز تنش می شوند، می توان حرکت نابجایی های موجود در دانه های مجاور را برای ایجاد لغزش تحریک کرد. بنابراین هر چه دانه ها ریزتر باشند، استحکام مواد بیشتر می شود.

قانون

هرچه دانه ریزتر باشد، منطقه مرز دانه بزرگتر است. با توجه به تصویر فرمول صفحه هال، هرچه قطر متوسط ​​d دانه کوچکتر باشد، استحکام تسلیم σs ماده بیشتر می شود.

روش تصفیه غلات

① در طول فرآیند تبلور، دانه‌های کریستال را می‌توان با افزایش درجه خنک‌سازی، اصلاح اصلاح، ارتعاش و هم زدن برای افزایش سرعت هسته‌زایی، تصفیه کرد.

② برای فلزات تغییر شکل سرد، دانه ها را می توان با کنترل درجه تغییر شکل و دمای بازپخت تصفیه کرد.

③ دانه ها را می توان با روش های عملیات حرارتی نرمال سازی و بازپخت تصفیه کرد.

④ عناصر آلیاژی را می توان به فولاد اضافه کرد تا فاز جدیدی برای جلوگیری از رشد دانه تشکیل شود.

4. تقویت فاز دوم

تعریف

یک یا چند فاز دیگر در زمینه فلزی وجود دارد که وجود این فازها باعث افزایش استحکام فلز می شود. با توجه به فرآیندهای مختلف برای به دست آوردن فاز دوم، تقویت فاز دوم به ① تقویت بارش تقسیم می شود: فاز دوم از طریق عملیات حرارتی تغییر فاز به دست می آید ② تقویت پراکندگی: فاز دوم از طریق تف جوشی پودر یا اکسیداسیون داخلی به دست می آید.

سازوکار

هنگامی که دررفتگی در حین حرکت با فاز دوم مواجه می شود، نیاز به دور زدن یا برش فاز دوم دارد، به طوری که فاز دوم مانع از حرکت دررفتگی شده و استحکام مواد را بهبود می بخشد.

مثال

وجود سمنتیت در فولاد باعث افزایش استحکام فولاد آن می شود.