Визначення
Після плинності матеріалу явище, при якому його міцність і твердість зростає, а його пластичність і в'язкість зменшуються зі збільшенням ступеня деформації, називається деформаційним зміцненням або наклепом.
02
Механізм
У міру прогресування пластичної деформації щільність дислокацій збільшується, викликаючи більш складну взаємодію між дислокаціями під час руху. Це призводить до утворення нерухомих сходинок і дислокаційних клубків, які збільшують опір руху дислокацій, збільшуючи опір деформації і ускладнюючи подальшу пластичну деформацію, тим самим підвищуючи міцність металу.
Фізична структура: зі збільшенням ступеня деформації зростає міцність і твердість матеріалу, а його пластичність і міцність зменшуються. Щільність дислокацій продовжує зростати. Згідно з формулою і рисунком міцність пропорційна квадрату густини дислокацій ρ. Чим більший вектор Бюргерса b дислокацій, тим суттєвіший ефект зміцнення.
03
методи
Холодна деформація, така як холодне пресування, прокатка та дробеструйна обробка.
04
приклад
Холодне волочіння сталевого дроту може експоненціально збільшити його міцність.
05
Практичне значення деформаційного зміцнення (переваги та недоліки)
(1) Переваги:
① Деформаційне зміцнення є ефективним методом зміцнення металів. Для деяких матеріалів, які не можна зміцнити термічною обробкою, можна використовувати деформаційне зміцнення для підвищення міцності матеріалу, що може збільшити міцність експоненціально.
② Це важливий фактор у обробці та формуванні певних заготовок або напівфабрикатів. Він забезпечує рівномірну деформацію металу, що робить можливим формування заготовок або напів-фабрикатів, таких як холоднотягнутий сталевий дріт і штампування деталей.
③ Деформаційне зміцнення також може підвищити безпеку деталей або компонентів під час використання. Коли в окремих частинах деталей виникає концентрація напруг або перевантаження, в цій частині виникає пластична деформація. Завдяки робочому зміцненню припиняється деформація перевантаженої деталі, що підвищує безпеку.
(2) Недоліки:
① Деформаційне зміцнення також створює проблеми для виробництва та використання матеріалів. Деформація збільшує міцність і зменшує пластичність, що ускладнює продовження деформації та вимагає більшого споживання енергії.
② Щоб матеріал міг продовжувати деформуватися, потрібен рекристалізаційний відпал посередині, щоб матеріал міг продовжувати деформуватися без розтріскування, що збільшує витрати на виробництво.
малюнок
малюнок
II. Зміцнення твердого розчину
малюнок
01
Визначення
Явище, коли міцність і твердість твердого розчину зростає, а пластичність і в'язкість зменшуються зі збільшенням вмісту атомів розчиненої речовини, називається зміцненням твердого розчину.
02
Механізм
(1) Розчинення атомів розчиненої речовини спотворює решітку твердого розчину, що перешкоджає руху дислокацій по площині ковзання.
(2) Газ Коріоліса, утворений атомами розчиненої речовини, розділеними на лінії дислокації, закріплює дислокацію та збільшує опір руху дислокації.
(3) Сегрегація атомів розчиненої речовини в області дефекту упаковки перешкоджає руху протяжних дислокацій. Збільшити міцність можуть всі фактори, які перешкоджають руху вивиху і збільшують опір руху вивиху.
03
Закон
①В межах діапазону розчинності твердого розчину, чим більша масова частка легуючого елемента, тим більший ефект зміцнення
②Чим більша різниця розмірів між атомами розчиненої речовини та атомами розчинника, тим суттєвіший ефект посилення.
③ Ефект зміцнення розчинених елементів, які утворюють тверді розчини інтерстиціалу, більший, ніж ефект елементів, які утворюють тверді розчини заміщення.
④ Чим більша різниця в кількості валентних електронів між атомами розчиненої речовини та розчинника, тим більший ефект посилення.
04
методи
Легування, тобто додавання легуючих елементів.
05
приклад
Міцність сплавів міді-нікелю вища, ніж міцність чистої міді та нікелю.
Зображення
Зображення
III. Посилення зернистості
Зображення
01
Визначення
Зміцнення подрібнення зерна - це явище, при якому міцність і твердість матеріалу зростає, а його пластичність і в'язкість також покращуються зі зменшенням розміру зерна.
02
Механізм
Принцип цього ефекту полягає в уповільненні ковзання дислокацій межами зерен. У полікристалічних матеріалах рух дислокацій повинен подолати опір меж зерен. Це пояснюється тим, що дислокації по обидві сторони межі зерен мають різну орієнтацію. Тому в даному зерні ковзаюча дислокація не може безпосередньо перетнути межу зерна в сусіднє зерно. Лише коли велика кількість дислокацій накопичується на межі зерен, викликаючи концентрацію напруги, рух існуючих дислокацій у сусідніх зернах може стимулюватись, щоб викликати ковзання. Тому чим дрібніше зерна, тим вище міцність матеріалу.
03
правило
Чим дрібніші зерна, тим більша площа меж зерен. Відповідно до рівняння Холла-Пейджа, чим менший середній діаметр зерна d, тим вище межа текучості σs матеріалу.
04
Методи очищення зерна
① Під час процесу кристалізації можна досягти подрібнення зерна шляхом збільшення ступеня переохолодження, виконання модифікації, вібрації та перемішування для збільшення швидкості зародження.
② Для холодно{0}}деформованих металів подрібнення зерна можна досягти, контролюючи ступінь деформації та температуру відпалу.
③ Подрібнення зерна можна досягти за допомогою термічної обробки, такої як нормалізація та відпал.
④ Легуючі елементи можуть бути додані до сталі для утворення нових фаз, тим самим перешкоджаючи росту зерна.
Зображення
Зображення
IV. Другий етап зміцнення
Зображення
01
Визначення
Наявність однієї або кількох додаткових фаз у металевій матриці підвищує міцність металу. Залежно від процесу, який використовується для отримання другої фази, зміцнення другої фази можна класифікувати наступним чином: ① Зміцнення опадів: отримання другої фази шляхом термічної обробки фазового перетворення. ② Дисперсійне зміцнення: отримання другої фази шляхом спікання порошку або внутрішнього окислення.
02
Механізм
Під час руху дислокації дислокації стикаються з вторинною фазою і повинні її обійти або прорізати. Ця вторинна фаза перешкоджає руху дислокацій, збільшуючи міцність матеріалу.
03
приклад
Наявність цементиту в сталі підвищує її міцність.
