01. Kiinteän liuoksen vahvistaminen
Määritelmä
Kiinteän liuoksen vahvistuminen on ilmiö, jossa seosaineet liukenevat perusmetalliin aiheuttaen hilan vääristymiä ja lisäävät lejeeringin lujuutta.
Periaate
Kiinteään liuokseen liukenevat liuenneet atomit aiheuttavat hilavääristymää, mikä lisää vastustusta dislokaatioliikkeelle ja vaikeuttaa liukumista. Tämän seurauksena seoksen kiinteän liuoksen lujuus ja kovuus kasvavat. Tämä vahvistusmekanismi perustuu liuenneiden aineiden atomien liukenemiseen kiinteän liuoksen muodostamiseksi. Sopivalla liuenneen aineen pitoisuudella materiaalin lujuus ja kovuus paranevat, vaikka sen sitkeys ja sitkeys voivat heiketä.
Vaikuttavat tekijät
Mitä suurempi liuenneiden aineiden atomifraktio on, sitä voimakkaampi on vahvistava vaikutus, erityisesti pienillä pitoisuuksilla.
Mitä suurempi kokoero liuenneen aineen ja perusmetalliatomien välillä on, sitä merkittävämpi vahvistuminen on.
Interstitiaalisilla liuenneilla atomeilla on voimakkaampi vahvistava vaikutus kuin korvaavilla atomeilla. Kehon-keskittyneissä kuutiokiteissä väliatomit aiheuttavat epäsymmetristä hilan vääristymistä, mikä johtaa voimakkaampaan vahvistumiseen kuin pintakeskittyneissä kuutiokiteissä. Interstitiaalisten atomien liukoisuus on kuitenkin rajallinen.
Mitä suurempi ero valenssielektronilukujen välillä liuenneen aineen ja emäsatomien välillä on, sitä voimakkaampi on vahvistava vaikutus. Syötön voimakkuus kasvaa elektronipitoisuuden myötä.
Vahvistusaste riippuu:
Kokoero liuenneen aineen ja emäsatomien välillä: Suurempi koon epäsopivuus lisää dislokaatiovastusta.
Seosalkuaineiden määrä: Seostavampi=voimakkaampi vaikutus, mutta liialliset määrät voivat ylittää liukoisuusrajan ja vaatia muita vahvistusmenetelmiä, kuten toisen vaiheen vahvistusta.
Interstitiaaliset atomit vahvistavat enemmän kuin substituutioatomit.
Valenssielektroniero liuenneen aineen ja matriisimetallin välillä tehostaa vahvistumista.
Tehosteet
Myötölujuus, vetolujuus ja kovuus ylittävät puhtaiden metallien.
Yleensä pienempi sitkeys verrattuna puhtaisiin metalleihin.
Alempi sähkönjohtavuus kuin puhtailla metalleilla.
Parempi virumisvastus ja korkean lämpötilan{0}}lujuus.
02. Työkarkaisu (rasituskarkaisu)
Määritelmä
Kylmämuodonmuutoksen kasvaessa metallin lujuus ja kovuus kasvavat, kun taas plastisuus ja sitkeys heikkenevät.
Yleiskatsaus
Kun metallit ovat plastisesti muotoiltuja niiden uudelleenkiteytyslämpötilan alapuolella, niistä tulee vahvempia ja kovempia, mutta vähemmän sitkeitä ja sitkeitä. Tunnetaan myös nimellä kylmätyöstökarkaisu. Muovisen muodonmuutoksen aikana dislokaatiot takertuvat, jyvät venyvät, katkeavat ja muuttuvat kuituiksi. Jäännösjännitys otetaan käyttöön. Kovettumisaste mitataan yleensä pinnan mikrokovuuden suhteella ennen ja jälkeen muodonmuutosta sekä kovettuneen kerroksen syvyyden suhteella.
Dislokaatioteorian selitys
Dislokaatiot leikkaavat ja muodostavat askelman{0}}kuten liikkeen esteitä.
Dislokaatiot reagoivat muodostaen liikkumattomia dislokaatioita, jotka estävät liikkumista.
Dislokaatioiden lisääntyminen lisää tiheyttä, mikä edelleen estää liikkumista.
Haitat
Työkarkaisu vaikeuttaa jatkokäsittelyä. Esimerkiksi kylmävalssatusta -teräksestä tulee yhä kovempaa ja työstökyvyttömämpää, mikä vaatii välihehkutusta pehmenemään. Koneistuksessa pintakarkaisu lisää leikkausvoimaa ja työkalun kulumista.
Edut
Parantaa metallin lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä erityisesti puhtaille metalleille ja metalliseoksille, joita ei voida lujittaa lämpökäsittelyllä (esim. kylmävedetyt lujat-langat, kylmä-valssatut jouset, tankin telat, murskaimen leuat, rautatien vaihteet).
Sovellukset koneenrakennuksessa
Kylmäveto, valssaus ja rullaus lisäävät materiaalien ja komponenttien pintalujuutta huomattavasti.
Paikallista plastista muodonmuutosta jännityksen alaisena voidaan rajoittaa työkarkaisun vuoksi, mikä parantaa komponenttien turvallisuutta.
Leimaamisessa kovettuneet alueet ohjaavat muodonmuutoksia pehmeämmille alueille, mikä mahdollistaa tasaisen muodonmuutoksen osissa.
Parantaa vähähiilisten{0}}terästen työstettävyyttä helpottamalla lastujen erottamista. Se kuitenkin lisää energiankulutusta jatkokäsittelyssä ja työkalujen kulumista koneistuksessa.
03. Viljan jalostuksen vahvistaminen
Määritelmä
Rae- jalostusvahvistus parantaa mekaanisia ominaisuuksia pienentämällä raekokoa.
Periaate
Metallit ovat monikiteisiä. Pienemmät rakeet (eli enemmän rakeita tilavuusyksikköä kohti) lisäävät lujuutta, kovuutta, plastisuutta ja sitkeyttä. Hienommat rakeet jakavat muodonmuutoksia tasaisemmin, vähentävät jännityspitoisuutta ja estävät halkeaman etenemisen. Siten jyvien puhdistaminen lisää lujuutta.
Tehosteet
Hienommat rakeet vähentävät sijoiltaan{0}}kasautuvaa stressiä ja lisäävät voimaa.
Hall-Petch-suhteen mukaan pienempi raekoko ddd johtaa korkeampaan myötörajaan.
Viljojen jalostusmenetelmät
Lisää alijäähdytystä.
Rokotushoito.
Tärinä ja sekoitus jähmettymisen aikana.
Kylmissä -muodostuneissa metalleissa: säädä muodonmuutosastetta ja hehkutuslämpötilaa.
04. Toisen vaiheen vahvistaminen
Määritelmä
Monifaasiseoksissa matriisifaasin lisäksi on olemassa toinen vaihe. Kun hienojakoiset toisen vaiheen{1}}hiukkaset jakautuvat tasaisesti matriisiin, ne vahvistavat merkittävästi metalliseosta. Tätä kutsutaan toisen-vaiheen vahvistukseksi.
Tyypit
Dislokaatioliikkeen näkökulmasta toisen vaiheen{0}}hiukkaset luokitellaan seuraaviin:
Ei--muodostuvat hiukkaset: vahvistus ohitusmekanismilla (Orowan-mekanismi).
Muotoilevat hiukkaset: vahvistus leikkausmekanismilla.
Dispersoidivahvistus ja saostuskovettuminen ovat toisen -vaiheen vahvistamisen erityisiä muotoja.
Tehosteet
Toisen-vaiheen hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa dislokaatioiden kanssa, mikä estää niiden liikkumista ja lisää lejeeringin muodonmuutoskestävyyttä.
Muut vahvuuteen vaikuttavat tekijät
Seoksen koostumus, mikrorakenne ja pinnan tila.
Latausolosuhteet: nopeus, tila (vetolujuus vs. syklinen).
Näytegeometria ja testausympäristö (esim. vetyhaurastuminen voi heikentää lujuutta huomattavasti).
Vahvistavien lähestymistapojen yhteenveto
Kaksi pääpolkua metallien vahvistamiseen:
Kasvata atomisidosvoimaa ja luo viattomia{0}}kiteitä (esim. viiksiä).
Esitä vikoja (dislokaatiot, liuenneen aineen atomit, raeraajat jne.) sijoiltaanmenon liikkeen estämiseksi -, joka on osoittautunut tehokkaimmaksi menetelmäksi.
Tekniset materiaalit perustuvat tyypillisesti vahvistusmekanismien yhdistelmään optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.
