Katı çözelti güçlendirme

1. Tanım

Alaşım elementlerinin ana metalde çözünerek belirli bir derecede kafes bozulmasına neden olduğu ve böylece alaşımın mukavemetini arttırdığı bir fenomen.

2. İlke

Katı çözeltide çözünen çözünen atomlar, kafes bozulmasına neden olur, bu da dislokasyon hareketinin direncini artırır, kaymayı zorlaştırır ve alaşım katı çözeltisinin mukavemetini ve sertliğini artırır.Katı bir çözelti oluşturmak için belirli bir çözünen elementi çözerek metali güçlendirme olgusuna katı çözelti güçlendirme denir.Çözünen atomların konsantrasyonu uygun olduğunda, malzemenin mukavemeti ve sertliği arttırılabilir, ancak tokluğu ve plastisitesi azalmıştır.

3. Etkileyen faktörler

Çözünen atomların atomik fraksiyonu ne kadar yüksek olursa, güçlendirme etkisi o kadar büyük olur, özellikle atomik fraksiyon çok düşük olduğunda, güçlendirme etkisi daha belirgindir.

Çözünen atomlar ile baz metalin atomik boyutu arasındaki fark ne kadar büyükse, güçlendirme etkisi o kadar büyük olur.

Ara yerdeki çözünen atomlar, ikame atomlardan daha büyük bir katı çözelti güçlendirme etkisine sahiptir ve vücut merkezli kübik kristallerdeki boşluk atomlarının kafes distorsiyonu asimetrik olduğundan, bunların güçlendirme etkisi, yüz merkezli kübik kristallerinkinden daha fazladır;ancak arayer atomları Katı çözünürlüğü çok sınırlıdır, bu nedenle gerçek güçlendirme etkisi de sınırlıdır.

Çözünen atomlar ve ana metal arasındaki değerlik elektronlarının sayısındaki fark ne kadar büyükse, katı çözelti güçlendirme etkisi o kadar belirgindir, yani değerlik elektron konsantrasyonunun artmasıyla katı çözeltinin akma dayanımı artar.

4. Katı çözelti güçlendirme derecesi esas olarak aşağıdaki faktörlere bağlıdır

Matris atomları ile çözünen atomlar arasındaki boyut farkı.Boyut farkı ne kadar büyük olursa, orijinal kristal yapıya müdahale o kadar büyük olur ve dislokasyon kayması o kadar zor olur.

Alaşım elementlerinin miktarı.Ne kadar çok alaşım elementi eklenirse güçlendirme etkisi o kadar büyük olur.Çok fazla atom çok büyük veya çok küçükse, çözünürlük aşılacaktır.Bu, başka bir güçlendirme mekanizmasını, dağınık faz güçlendirmeyi içerir.

Ara yerdeki çözünen atomlar, ikame atomlardan daha büyük bir katı çözelti güçlendirme etkisine sahiptir.

Çözünen atomlar ve ana metal arasındaki değerlik elektronlarının sayısındaki fark ne kadar büyükse, katı çözelti güçlendirme etkisi o kadar önemlidir.

5. Etki

Akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve sertlik saf metallerden daha güçlüdür;

Çoğu durumda süneklik saf metalden daha düşüktür;

İletkenlik, saf metalden çok daha düşüktür;

Sürünme direnci veya yüksek sıcaklıklarda mukavemet kaybı, katı çözelti güçlendirme ile iyileştirilebilir.

iş sertleştirme

1. Tanım

Soğuk deformasyon derecesi arttıkça metal malzemelerin mukavemeti ve sertliği artar ancak plastisite ve tokluk azalır.

2. Giriş

Metal malzemelerin yeniden kristalleşme sıcaklığının altında plastik olarak deforme olduklarında mukavemet ve sertliğinin arttığı, buna karşın plastisite ve tokluğun azaldığı bir olgudur.Soğuk iş sertleştirme olarak da bilinir.Bunun nedeni, metal plastik olarak deforme olduğunda, kristal tanelerinin kayması ve dislokasyonların karışması, bu da kristal tanelerin uzamasına, kırılmasına ve lifleşmesine neden olur ve metalde kalıntı gerilmeler oluşur.İşleme sertleşmesinin derecesi genellikle yüzey tabakasının işlemden sonraki mikrosertliğinin işlemden öncekine oranı ve sertleştirilmiş katmanın derinliği ile ifade edilir.

3. Dislokasyon teorisi açısından yorum

(1) Dislokasyonlar arasında kesişme meydana gelir ve ortaya çıkan kesikler dislokasyonların hareketini engeller;

(2) Dislokasyonlar arasında bir reaksiyon oluşur ve oluşan sabit dislokasyon, dislokasyonun hareketini engeller;

(3) Dislokasyonların çoğalması meydana gelir ve dislokasyon yoğunluğunun artması dislokasyon hareketine karşı direnci daha da arttırır.

4. Zarar

İş sertleştirme, metal parçaların daha sonraki işlenmesinde zorluklar getirir.Örneğin, çelik levhanın soğuk haddelenmesi sürecinde, haddelenmesi daha da zorlaşacaktır, bu nedenle, ısıtma ile iş sertleşmesini ortadan kaldırmak için işleme işlemi sırasında ara tavlama yapılması gerekir.Diğer bir örnek ise kesme işleminde iş parçasının yüzeyini kırılgan ve sert hale getirerek takım aşınmasını hızlandırmak ve kesme kuvvetini arttırmaktır.

5. Faydalar

Özellikle ısıl işlemle iyileştirilemeyen saf metaller ve belirli alaşımlar için metallerin mukavemetini, sertliğini ve aşınma direncini artırabilir.Örneğin, soğuk çekilmiş yüksek mukavemetli çelik tel ve soğuk sarmal yay vb., Mukavemetini ve elastik limitini geliştirmek için soğuk işleme deformasyonunu kullanır.Diğer bir örnek ise, tankların, traktör raylarının, kırıcı çenelerinin ve demiryolu makaslarının sertliğini ve aşınma direncini iyileştirmek için çalışma sertleştirmesinin kullanılmasıdır.

6. Makine mühendisliğindeki rolü

Soğuk çekme, haddeleme ve bilyeli dövme (bkz. yüzey güçlendirme) ve diğer işlemlerden sonra, metal malzemelerin, parçaların ve bileşenlerin yüzey mukavemeti önemli ölçüde iyileştirilebilir;

Parçalar gerildikten sonra, belirli parçaların yerel gerilimi genellikle malzemenin akma sınırını aşarak plastik deformasyona neden olur.İş sertleşmesi nedeniyle, parçaların ve bileşenlerin güvenliğini artırabilen plastik deformasyonun devam eden gelişimi kısıtlanır;

Bir metal parça veya bileşen damgalandığında, plastik deformasyonuna güçlenme eşlik eder, böylece deformasyon etrafındaki işlenmemiş sertleştirilmiş parçaya aktarılır.Bu tür tekrarlanan dönüşümlü eylemlerden sonra, tek biçimli enine kesit deformasyonuna sahip soğuk damgalama parçaları elde edilebilir;

Düşük karbonlu çeliğin kesme performansını artırabilir ve talaşların kolayca ayrılmasını sağlayabilir.Ancak iş sertleştirme, metal parçaların daha sonraki işlenmesinde zorluklar da getirir.Örneğin, soğuk çekilmiş çelik tel, iş sertleşmesi nedeniyle daha fazla çekme için çok fazla enerji tüketir ve hatta kırılabilir.Bu nedenle, çekmeden önce iş sertleşmesini ortadan kaldırmak için tavlanmalıdır.Diğer bir örnek ise kesme işlemi sırasında iş parçası yüzeyinin kırılgan ve sert olması için yeniden kesme işlemi sırasında kesme kuvvetinin artırılması ve takım aşınmasının hızlandırılmasıdır.

İnce tane güçlendirme

1. Tanım

Metal malzemelerin mekanik özelliklerini kristal tanelerini inceltip iyileştirme yöntemine kristal inceltme kuvvetlendirmesi denir.Endüstride, kristal taneleri rafine ederek malzemenin mukavemeti artırılır.

2. İlke

Metaller genellikle birçok kristal taneciklerinden oluşan polikristallerdir.Kristal tanelerin boyutu, birim hacimdeki kristal tanelerin sayısı ile ifade edilebilir.Sayı ne kadar fazlaysa, kristal taneleri o kadar incedir.Deneyler, oda sıcaklığında ince taneli metallerin kaba taneli metallerden daha yüksek mukavemete, sertliğe, plastisiteye ve tokluğa sahip olduğunu göstermektedir.Bunun nedeni, ince tanelerin dış kuvvet altında plastik deformasyona uğraması ve daha fazla tane içinde dağılabilmesi, plastik deformasyonun daha düzgün olması ve gerilme yoğunluğunun daha az olmasıdır;ayrıca, taneler ne kadar ince olursa, tane sınır alanı o kadar geniş ve kıvrımlı tane sınırları o kadar fazladır.Çatlakların yayılması daha elverişsizdir.Bu nedenle, kristal taneleri incelterek malzemenin mukavemetini artırma yöntemine endüstride tane inceltme güçlendirme denir.

3. Etki

Tane boyutu ne kadar küçükse, dislokasyon kümesindeki dislokasyon sayısı (n) o kadar küçüktür.τ=nτ0'a göre, gerilme konsantrasyonu ne kadar küçükse, malzemenin mukavemeti o kadar yüksektir;

İnce taneli güçlendirmenin kuvvetlendirme yasası, tane sınırları ne kadar fazlaysa tanelerin o kadar ince olmasıdır.Hall-Peiqi ilişkisine göre, tanelerin ortalama değeri (d) ne kadar küçükse, malzemenin akma dayanımı o kadar yüksektir.

4. Tahıl arıtma yöntemi

Aşırı soğutma derecesini artırın;

Bozulma tedavisi;

Titreşim ve karıştırma;

Soğukta deforme olmuş metaller için kristal taneler, deformasyon derecesi ve tavlama sıcaklığı kontrol edilerek rafine edilebilir.

İkinci aşama güçlendirme

1. Tanım

Tek fazlı alaşımlarla karşılaştırıldığında, çok fazlı alaşımların matris fazına ek olarak ikinci bir fazı vardır.İkinci faz, ince dağılmış parçacıklarla matris fazında düzgün bir şekilde dağıldığında, önemli bir güçlendirme etkisine sahip olacaktır.Bu güçlendirme etkisine ikinci aşama güçlendirme denir.

2. Sınıflandırma

Dislokasyonların hareketi için, alaşımda bulunan ikinci faz aşağıdaki iki duruma sahiptir:

(1) Deforme olmayan parçacıkların güçlendirilmesi (baypas mekanizması).

(2) Deforme olabilen parçacıkların güçlendirilmesi (kesme mekanizması).

Hem dağılım güçlendirmesi hem de çökeltme güçlendirmesi, ikinci faz güçlendirmenin özel durumlarıdır.

3. Etki

İkinci fazın güçlendirilmesinin ana nedeni, dislokasyonun hareketini engelleyen ve alaşımın deformasyon direncini artıran dislokasyon ile aralarındaki etkileşimdir.

sonuç olarak

Mukavemeti etkileyen en önemli faktörler, malzemenin kendisinin bileşimi, yapısı ve yüzey durumudur;ikincisi, kuvvetin hızı, yükleme yöntemi, basit germe veya tekrarlanan kuvvet gibi kuvvet durumudur, farklı kuvvetler gösterecektir;Ek olarak, numunenin ve test ortamının geometrisi ve boyutunun da büyük, hatta bazen belirleyici bir etkisi vardır.Örneğin, ultra yüksek dayanımlı çeliğin hidrojen atmosferindeki çekme dayanımı katlanarak düşebilir.

Metal malzemeleri güçlendirmenin sadece iki yolu vardır.Birincisi, alaşımın atomlar arası bağ kuvvetini arttırmak, teorik gücünü arttırmak ve bıyık gibi kusurları olmayan tam bir kristal hazırlamaktır.Demir bıyıkların gücünün teorik değere yakın olduğu bilinmektedir.Bunun bıyıklarda çıkık olmaması ya da deformasyon sürecinde çoğalamayacak kadar az miktarda çıkık olmasından kaynaklandığı düşünülebilir.Ne yazık ki, bıyığın çapı büyüdüğünde, gücü keskin bir şekilde düşer.Başka bir güçlendirme yaklaşımı, kristale dislokasyonlar, nokta kusurları, heterojen atomlar, tane sınırları, yüksek oranda dağılmış parçacıklar veya homojensizlikler (segregasyon gibi) vb. gibi çok sayıda kristal kusuru eklemektir. ayrıca metalin gücünü önemli ölçüde artırır.Gerçekler, metallerin mukavemetini arttırmanın en etkili yolunun bu olduğunu kanıtladı.Mühendislik malzemeleri için, daha iyi kapsamlı performans elde etmek için genellikle kapsamlı güçlendirme etkileri kullanılır.