Қатты ерітіндіні нығайту

1. Анықтама

Қорытпа элементтерінің негізгі металда еруі тордың белгілі бір дәрежеде бұрмалануын тудырады және осылайша қорытпаның беріктігін арттырады.

2. Принцип

Қатты ерітіндіде еріген еріген зат атомдары тордың бұрмалануын тудырады, бұл дислокация қозғалысына кедергіні арттырады, сырғанауын қиындатады және қорытпаның қатты ерітіндісінің беріктігі мен қаттылығын арттырады. Белгілі бір еріген зат элементін ерітіп, қатты ерітінді түзу арқылы металды нығайтудың бұл құбылысы қатты ерітіндіні нығайту деп аталады. Еріген зат атомдарының концентрациясы тиісті болған кезде, материалдың беріктігі мен қаттылығын арттыруға болады, бірақ оның беріктігі мен пластикалық қасиеті төмендейді.

3. Әсер етуші факторлар

Еріген зат атомдарының атомдық үлесі неғұрлым жоғары болса, күшейту әсері соғұрлым күшті болады, әсіресе атомдық үлесі өте төмен болғанда, күшейту әсері маңыздырақ болады.

Еріген зат атомдары мен негізгі металдың атомдық өлшемі арасындағы айырмашылық неғұрлым үлкен болса, күшейту әсері соғұрлым күшті болады.

Интерстициалды еріген зат атомдары алмастырушы атомдарға қарағанда қатты ерітіндіні күшейту әсеріне ие, және денеге бағытталған куб кристалдарындағы интерстициалды атомдардың торлы бұрмалануы асимметриялық болғандықтан, олардың күшейту әсері бетке бағытталған куб кристалдарына қарағанда үлкенірек; бірақ интерстициалды атомдар Қатты ерігіштігі өте шектеулі, сондықтан нақты күшейту әсері де шектеулі.

Еріген зат атомдары мен негізгі металл арасындағы валенттілік электрондарының санының айырмашылығы неғұрлым көп болса, қатты ерітіндінің күшейту әсері соғұрлым айқын болады, яғни қатты ерітіндінің беріктігі валенттілік электронының концентрациясының артуымен артады.

4. Қатты ерітіндінің беріктену дәрежесі негізінен келесі факторларға байланысты

Матрицалық атомдар мен еріген зат атомдарының өлшемдерінің айырмашылығы. Өлшемдер айырмашылығы неғұрлым үлкен болса, бастапқы кристалдық құрылымға соғұрлым кедергі күшейеді және дислокациялық сырғанау соғұрлым қиын болады.

Легирлеуші ​​элементтердің мөлшері. Легирлеуші ​​элементтер неғұрлым көп қосылса, соғұрлым күшейту әсері күшейеді. Егер тым көп атомдар тым үлкен немесе тым кішкентай болса, ерігіштігі асып түседі. Бұл тағы бір күшейту механизмін, дисперсті фазалық күшейтуді қамтиды.

Интерстициалды еріген зат атомдары алмастырушы атомдарға қарағанда қатты ерітіндіні күшейту әсеріне көбірек ие.

Еріген зат атомдары мен негізгі металл арасындағы валенттілік электрондарының санының айырмашылығы неғұрлым көп болса, қатты ерітіндінің күшейту әсері соғұрлым маңызды болады.

5. Әсер

Иілу беріктігі, созылу беріктігі және қаттылығы таза металдарға қарағанда күштірек;

Көп жағдайда иілгіштік таза металға қарағанда төмен;

Өткізгіштік таза металға қарағанда әлдеқайда төмен;

Қатты ерітіндіні нығайту арқылы жоғары температурадағы беріктіктің жоғалуын немесе ысырапқа төзімділікті жақсартуға болады.

Жұмысты шыңдау

1. Анықтама

Суық деформация дәрежесі артқан сайын металл материалдарының беріктігі мен қаттылығы артады, бірақ пластикалық және беріктік төмендейді.

2. Кіріспе

Металл материалдарының беріктігі мен қаттылығы қайта кристалдану температурасынан төмен пластикалық деформацияланған кезде артатын, ал пластикалық және беріктік төмендейтін құбылыс. Суық жұмыспен беріктендіру деп те аталады. Себебі, металл пластикалық деформацияланған кезде кристалдық түйіршіктер сырғып, дислокациялар шатасып қалады, бұл кристалдық түйіршіктердің созылуына, сынуына және талшықтануына әкеледі, ал металда қалдық кернеулер пайда болады. Жұмыспен беріктендіру дәрежесі әдетте өңдеуден кейінгі беткі қабаттың микроқаттылығының өңдеу алдындағыға қатынасымен және қатайтылған қабаттың тереңдігімен көрінеді.

3. Дислокация теориясы тұрғысынан түсіндіру

(1) Шығулар арасында қиылысу орын алады, ал нәтижесінде пайда болған кесіктер шығулардың қозғалысына кедергі келтіреді;

(2) Дислокациялар арасында реакция жүреді, ал пайда болған бекітілген дислокация дислокацияның қозғалысына кедергі келтіреді;

(3) Дислокациялардың көбеюі орын алады, ал дислокация тығыздығының артуы дислокация қозғалысына төзімділікті одан әрі арттырады.

4. Зиян

Металл бөлшектерін одан әрі өңдеуде жұмысты шыңдау қиындықтар туғызады. Мысалы, болат пластинаны суықтай илемдеу процесінде оны илемдеу барған сайын қиындай түседі, сондықтан өңдеу процесінде қыздыру арқылы оның жұмысты шыңдауын болдырмау үшін аралық күйдіруді ұйымдастыру қажет. Тағы бір мысал - кесу процесінде дайындаманың бетін сынғыш және қатты ету, осылайша құралдың тозуын жеделдету және кесу күшін арттыру.

5. Артықшылықтары

Ол металдардың беріктігін, қаттылығын және тозуға төзімділігін жақсарта алады, әсіресе термиялық өңдеу арқылы жақсарту мүмкін емес таза металдар мен кейбір қорытпалар үшін. Мысалы, суықтай тартылатын жоғары беріктіктегі болат сым және суықтай спиральды серіппе және т.б. оның беріктігін және серпімділік шегін жақсарту үшін суықтай өңдеу деформациясын пайдаланады. Тағы бір мысал - цистерналардың, трактор жолдарының, ұсатқыш жақтардың және теміржол бұрылыстарының қаттылығы мен тозуға төзімділігін жақсарту үшін жұмыстық шыңдауды қолдану.

6. Машина жасаудағы рөлі

Суық тарту, илемдеу және дробпен тегістеу (беттік нығайтуды қараңыз) және басқа процестерден кейін металл материалдарының, бөлшектерінің және құрамдас бөліктерінің беттік беріктігін айтарлықтай жақсартуға болады;

Бөлшектер кернеуге ұшырағаннан кейін, кейбір бөлшектердің жергілікті кернеуі көбінесе материалдың беріктік шегінен асып кетеді, бұл пластикалық деформацияны тудырады. Жұмыстың қатаюына байланысты пластикалық деформацияның дамуы шектеледі, бұл бөлшектер мен компоненттердің қауіпсіздігін жақсартуы мүмкін;

Металл бөлшекті немесе құрамдас бөлікті штамптаған кезде, оның пластикалық деформациясы күшейтумен қатар жүреді, сондықтан деформация оның айналасындағы өңделмеген шыңдалған бөлікке беріледі. Осындай қайталанатын кезектесіп әрекеттерден кейін біркелкі көлденең қимасы бар суық штамптау бөлшектерін алуға болады;

Бұл төмен көміртекті болаттың кесу өнімділігін жақсартып, жоңқаларды оңай ажыратуға мүмкіндік береді. Бірақ жұмыста беріктену металл бөлшектерді одан әрі өңдеуге де қиындықтар туғызады. Мысалы, суықтай созылған болат сым жұмыста беріктену салдарынан одан әрі созу үшін көп энергия жұмсайды және тіпті сынуы мүмкін. Сондықтан, созу алдында жұмыста беріктенуді болдырмау үшін оны күйдіру керек. Тағы бір мысал, кесу кезінде дайындаманың бетін сынғыш және қатты ету үшін қайта кесу кезінде кесу күші артады және құралдың тозуы жеделдейді.

Ұсақ дәнді нығайту

1. Анықтама

Металл материалдарының механикалық қасиеттерін кристалл түйіршіктерін тазарту арқылы жақсарту әдісі кристалл тазартуды күшейту деп аталады. Өнеркәсіпте материалдың беріктігі кристалл түйіршіктерін тазарту арқылы жақсарады.

2. Принцип

Металдар әдетте көптеген кристалдық түйіршіктерден тұратын поликристалдар болып табылады. Кристалл түйіршіктерінің өлшемін көлем бірлігіндегі кристалдық түйіршіктер санымен көрсетуге болады. Сан неғұрлым көп болса, кристалдық түйіршіктер соғұрлым ұсақ болады. Тәжірибелер бөлме температурасында ұсақ түйіршікті металдардың ірі түйіршікті металдарға қарағанда беріктігі, қаттылығы, пластикалық қасиеті және төзімділігі жоғары екенін көрсетеді. Себебі ұсақ түйіршіктер сыртқы күш әсерінен пластикалық деформацияға ұшырайды және көбірек түйіршіктерге таралуы мүмкін, пластикалық деформация біркелкі болады және кернеу концентрациясы аз болады; сонымен қатар, түйіршіктер неғұрлым ұсақ болса, түйіршік шекарасының ауданы соғұрлым үлкен және түйіршік шекаралары соғұрлым бұрмаланған болады. Жарықтардың таралуы соғұрлым қолайсыз. Сондықтан, кристалдық түйіршіктерді тазарту арқылы материалдың беріктігін арттыру әдісі өнеркәсіпте түйіршіктерді тазартуды күшейту деп аталады.

3. Әсер

Түйіршіктің өлшемі неғұрлым кіші болса, дислокациялық шоғырдағы дислокациялар саны (n) соғұрлым аз болады. τ=nτ0 бойынша, кернеу концентрациясы неғұрлым аз болса, материалдың беріктігі соғұрлым жоғары болады;

Ұсақ түйіршікті нығайтудың күшейту заңы бойынша, түйіршіктер шекаралары неғұрлым көп болса, түйіршіктер соғұрлым ұсақ болады. Холл-Пейци қатынасына сәйкес, түйіршіктер орташа мәні (d) неғұрлым аз болса, материалдың беріктігі соғұрлым жоғары болады.

4. Дәнді тазарту әдісі

Субсалқындату дәрежесін арттырыңыз;

Нашарлауды емдеу;

Діріл және араластыру;

Суық деформацияланған металдар үшін кристалдық түйіршіктерді деформация дәрежесі мен күйдіру температурасын бақылау арқылы тазартуға болады.

Екінші фазалық күшейту

1. Анықтама

Бір фазалы қорытпалармен салыстырғанда, көп фазалы қорытпаларда матрицалық фазадан басқа екінші фаза бар. Екінші фаза ұсақ дисперсті бөлшектермен матрицалық фазада біркелкі таралған кезде, ол айтарлықтай күшейту әсеріне ие болады. Бұл күшейту әсері екінші фазалық күшейту деп аталады.

2. Жіктеу

Дислокациялардың қозғалысы үшін қорытпадағы екінші фаза келесі екі жағдайға ие:

(1) Деформацияланбайтын бөлшектерді нығайту (айналып өту механизмі).

(2) Деформацияланатын бөлшектерді нығайту (кесу механизмі).

Дисперсияны күшейту де, жауын-шашынды күшейту де екінші фазалық күшейтудің ерекше жағдайлары болып табылады.

3. Әсер

Екінші фазаның күшеюінің негізгі себебі - олардың және дислокацияның арасындағы өзара әрекеттесу, бұл дислокацияның қозғалысына кедергі келтіреді және қорытпаның деформацияға төзімділігін жақсартады.

қорытындылау үшін

Беріктікке әсер ететін ең маңызды факторлар - материалдың құрамы, құрылымы және беткі күйі; екіншісі - күш күйі, мысалы, күштің жылдамдығы, жүктеу әдісі, қарапайым созылу немесе қайталанатын күш әртүрлі беріктіктерді көрсетеді; Сонымен қатар, үлгінің және сынақ ортасының геометриясы мен өлшемі де үлкен әсер етеді, кейде тіпті шешуші әсер етеді. Мысалы, сутегі атмосферасындағы аса жоғары беріктіктегі болаттың созылу беріктігі экспоненциалды түрде төмендеуі мүмкін.

Металл материалдарын нығайтудың тек екі жолы бар. Біріншісі - қорытпаның атомаралық байланыс күшін арттыру, оның теориялық беріктігін арттыру және мұрт тәрізді ақаулары жоқ толық кристалл дайындау. Темір мұрттардың беріктігі теориялық мәнге жақын екені белгілі. Бұл мұрттарда дислокациялардың болмауына немесе деформация процесінде көбейе алмайтын аз ғана дислокациялардың болуына байланысты деп санауға болады. Өкінішке орай, мұрттың диаметрі үлкен болған кезде беріктік күрт төмендейді. Тағы бір нығайту тәсілі - кристалға дислокациялар, нүктелік ақаулар, гетерогенді атомдар, түйіршік шекаралары, жоғары дисперсті бөлшектер немесе біртекті еместіктер (мысалы, сегрегация) сияқты көптеген кристалдық ақауларды енгізу. Бұл ақаулар дислокациялардың қозғалысына кедергі келтіреді және металдың беріктігін айтарлықтай жақсартады. Фактілер бұл металдардың беріктігін арттырудың ең тиімді жолы екенін дәлелдеді. Инженерлік материалдар үшін, әдетте, жан-жақты нығайту әсерлері арқылы жақсы жан-жақты өнімділікке қол жеткізуге болады.