Rinforzu di suluzione solida

1. Definizione

Un fenomenu in u quale l'elementi di lega sò dissolti in u metallu di basa per causà un certu gradu di distorsione di u reticolo è cusì aumentà a resistenza di a lega.

2. Principiu

L'atomi di solutu dissolti in a suluzione solida causanu una distorsione di u reticolo, chì aumenta a resistenza à u muvimentu di dislocazione, rende difficiule u scivulamentu è aumenta a resistenza è a durezza di a suluzione solida di a lega. Stu fenomenu di rinfurzamentu di u metallu dissolvendu un certu elementu di solutu per furmà una suluzione solida hè chjamatu rinfurzamentu di a suluzione solida. Quandu a cuncentrazione di l'atomi di solutu hè adatta, a resistenza è a durezza di u materiale ponu esse aumentate, ma a so tenacità è plasticità sò diminuite.

3. Fattori d'influenza

Più alta hè a frazione atomica di l'atomi di solutu, più grande hè l'effettu di rinfurzamentu, soprattuttu quandu a frazione atomica hè assai bassa, l'effettu di rinfurzamentu hè più significativu.

Più grande hè a differenza trà l'atomi di solutu è a dimensione atomica di u metallu di basa, più grande hè l'effettu di rinfurzamentu.

L'atomi di solutu interstiziale anu un effettu di rinfurzamentu di a suluzione solida più grande chè l'atomi di rimpiazzamentu, è postu chì a distorsione di u reticolo di l'atomi interstiziali in i cristalli cubi centrati nantu à u corpu hè asimmetrica, u so effettu di rinfurzamentu hè più grande di quellu di i cristalli cubi centrati nantu à a faccia; ma l'atomi interstiziali A solubilità solida hè assai limitata, dunque l'effettu di rinfurzamentu attuale hè ancu limitatu.

Più grande hè a differenza in u numeru di elettroni di valenza trà l'atomi di solutu è u metallu di basa, più evidente hè l'effettu di rinfurzamentu di a suluzione solida, vale à dì, a resistenza à u snervamentu di a suluzione solida aumenta cù l'aumentu di a cuncentrazione di elettroni di valenza.

4. U gradu di rinfurzamentu di a suluzione solida dipende principalmente da i seguenti fattori

A diffarenza di taglia trà l'atomi di matrice è l'atomi di solutu. Più grande hè a diffarenza di taglia, più grande hè l'interferenza cù a struttura cristallina originale, è più difficiule hè u scivulamentu di dislocazione.

A quantità d'elementi di lega. Più elementi di lega sò aghjunti, più grande hè l'effettu di rinfurzamentu. Sè troppu atomi sò troppu grandi o troppu chjuchi, a solubilità serà superata. Questu implica un altru mecanismu di rinfurzamentu, u rinfurzamentu di a fase dispersa.

L'atomi di solutu interstiziale anu un effettu di rinfurzamentu di a suluzione solida più grande cà l'atomi di rimpiazzamentu.

Più grande hè a differenza in u numeru di elettroni di valenza trà l'atomi di solutu è u metallu di basa, più significativu hè l'effettu di rinfurzamentu di a suluzione solida.

5. Effettu

A resistenza à a snervazione, a resistenza à a trazione è a durezza sò più forti di i metalli puri;

In a maiò parte di i casi, a duttilità hè più bassa chè quella di u metallu puru;

A cunduttività hè assai più bassa chè quella di u metallu puru;

A resistenza à u creep, o a perdita di resistenza à alte temperature, pò esse migliurata da u rinfurzamentu di una suluzione solida.

Indurimentu di u travagliu

1. Definizione

Cù l'aumentu di u gradu di deformazione à fretu, a resistenza è a durezza di i materiali metallichi aumentanu, ma a plasticità è a tenacità diminuiscenu.

2. Introduzione

Un fenomenu in u quale a resistenza è a durezza di i materiali metallichi aumentanu quandu sò deformati plasticamente sottu à a temperatura di ricristallizazione, mentre chì a plasticità è a tenacità diminuiscenu. Cunnisciutu ancu cum'è incrudimentu à fretu. A ragione hè chì quandu u metallu hè deformatu plasticamente, i grani di cristallu scivolanu è e dislocazioni sò intricciate, ciò chì face chì i grani di cristallu si allunginu, si rompanu è si fibrorizzinu, è si generanu tensioni residue in u metallu. U gradu di incrudimentu hè generalmente espressu da u rapportu trà a microdurezza di u stratu superficiale dopu a trasfurmazione è quella prima di a trasfurmazione è a prufundità di u stratu induritu.

3. Interpretazione da a perspettiva di a teoria di a dislocazione

(1) L'intersezione si verifica trà e dislocazioni, è i tagli risultanti impediscenu u muvimentu di e dislocazioni;

(2) Una reazione si verifica trà e dislocazioni, è a dislocazione fissa furmata impedisce u muvimentu di a dislocazione;

(3) A proliferazione di dislocazioni si verifica, è l'aumentu di a densità di dislocazioni aumenta ulteriormente a resistenza à u muvimentu di dislocazioni.

4. Dannu

L'incrudimentu per travagliu porta difficultà à l'ulteriore trasfurmazione di e parti metalliche. Per esempiu, in u prucessu di laminazione à fretu di a piastra d'acciaio, diventerà sempre più difficiule da laminà, dunque hè necessariu urganizà una ricottura intermedia durante u prucessu di trasfurmazione per eliminà u so incrudimentu per riscaldamentu. Un altru esempiu hè di rende a superficia di a pezza fragile è dura in u prucessu di taglio, accelerendu cusì l'usura di l'utensili è aumentendu a forza di taglio.

5. Benefici

Pò migliurà a resistenza, a durezza è a resistenza à l'usura di i metalli, in particulare per i metalli puri è certe leghe chì ùn ponu esse migliurate da u trattamentu termicu. Per esempiu, u filu d'acciaio à alta resistenza trafilatu à fretu è a molla avvolta à fretu, ecc., utilizanu a deformazione à fretu per migliurà a so resistenza è u so limite elasticu. Un altru esempiu hè l'usu di l'incrudimentu per travagliu per migliurà a durezza è a resistenza à l'usura di serbatoi, binari di trattori, mascelle di frantoio è deviatoi ferroviari.

6. Ruolo in l'ingegneria meccanica

Dopu à a trafilatura à fretu, a laminazione è a pallinatura (vede u rinfurzamentu di a superficia) è altri prucessi, a resistenza superficiale di i materiali metallichi, di e parti è di i cumpunenti pò esse significativamente migliurata;

Dopu chì e parte sò state stressate, a tensione lucale di certe parte supera spessu u limite di cedimentu di u materiale, pruvucendu deformazione plastica. A causa di l'incrudimentu per travagliu, u sviluppu cuntinuu di a deformazione plastica hè limitatu, ciò chì pò migliurà a sicurezza di e parte è di i cumpunenti;

Quandu una parte o un cumpunente metallicu hè stampatu, a so deformazione plastica hè accumpagnata da un rinforzu, in modu chì a deformazione hè trasferita à a parte indurita micca travagliata intornu à ella. Dopu à tali azzioni alternate ripetute, si ponu ottene pezzi stampati à fretu cù una deformazione di sezione trasversale uniforme;

Pò migliurà e prestazioni di taglio di l'acciaio à bassu carbone è fà chì i trucioli sianu faciuli da separà. Ma l'incrudimentu di u travagliu porta ancu difficultà à l'ulteriore trasfurmazione di e parti metalliche. Per esempiu, u filu d'acciaio trafilatu à fretu cunsuma assai energia per un ulteriore trafilamentu per via di l'incrudimentu di u travagliu, è pò ancu esse rottu. Dunque, deve esse ricottu per eliminà l'incrudimentu di u travagliu prima di u trafilamentu. Un altru esempiu hè chì per rende a superficia di u pezzu fragile è dura durante u taglio, a forza di taglio hè aumentata durante u ricavatu, è l'usura di l'utensile hè accelerata.

Rinforzu di grana fina

1. Definizione

U metudu di migliurà e proprietà meccaniche di i materiali metallichi raffinendu i grani di cristallu hè chjamatu rinfurzamentu di a raffinazione cristallina. In l'industria, a resistenza di u materiale hè migliurata raffinendu i grani di cristallu.

2. Principiu

I metalli sò generalmente policristalli cumposti da parechji grani di cristallu. A dimensione di i grani di cristallu pò esse espressa da u numeru di grani di cristallu per unità di vulume. Più hè grande u numeru, più fini sò i grani di cristallu. L'esperimenti mostranu chì i metalli à grana fina à temperatura ambiente anu una resistenza, durezza, plasticità è tenacità più elevate cà i metalli à grana grossa. Questu hè perchè i grani fini subiscenu una deformazione plastica sottu una forza esterna è ponu esse dispersi in più grani, a deformazione plastica hè più uniforme, è a cuncentrazione di stress hè minore; in più, più fini sò i grani, più grande hè l'area di u cunfine di u granu è più tortuosi sò i cunfini di u granu. Più sfavurevule hè a propagazione di e crepe. Dunque, u metudu per migliurà a resistenza di u materiale raffinendu i grani di cristallu hè chjamatu rinfurzamentu di u raffinamentu di i grani in l'industria.

3. Effettu

Più chjuca hè a dimensione di i grani, più chjucu hè u numeru di dislocazioni (n) in u gruppu di dislocazioni. Sicondu τ=nτ0, più chjuca hè a cuncentrazione di stress, più alta hè a resistenza di u materiale;

A lege di u rinfurzamentu di u rinfurzamentu di i grani fini hè chì più ci sò limiti di grani, più fini sò i grani. Sicondu a relazione Hall-Peiqi, più chjucu hè u valore mediu (d) di i grani, più alta hè a resistenza à u snervamentu di u materiale.

4. U metudu di raffinamentu di i grani

Aumentà u gradu di sotturaffreddamentu;

Trattamentu di deterioramentu;

Vibrazione è agitazione;

Per i metalli deformati à fretu, i grani di cristallu ponu esse raffinati cuntrullendu u gradu di deformazione è a temperatura di ricottura.

Rinforzu di a seconda fase

1. Definizione

In paragone cù e leghe monofase, e leghe multifase anu una seconda fase in più di a fase di matrice. Quandu a seconda fase hè distribuita uniformemente in a fase di matrice cù particelle fini disperse, avarà un effettu di rinfurzamentu significativu. Questu effettu di rinfurzamentu hè chjamatu rinfurzamentu di a seconda fase.

2. Classificazione

Per u muvimentu di dislocazioni, a seconda fase cuntenuta in a lega hà e duie situazioni seguenti:

(1) Rinforzu di particelle indeformabili (mecanisimu di bypass).

(2) Rinforzu di particelle deformabili (mecanisimu di taglio).

Sia u rinfurzamentu di a dispersione sia u rinfurzamentu di a precipitazione sò casi particulari di rinfurzamentu di a seconda fase.

3. Effettu

A ragione principale di u rinfurzamentu di a seconda fase hè l'interazione trà elle è a dislocazione, chì impedisce u muvimentu di a dislocazione è migliora a resistenza à a deformazione di a lega.

per riassume

I fattori più impurtanti chì influenzanu a resistenza sò a cumpusizione, a struttura è u statu di a superficia di u materiale stessu; u secondu hè u statu di forza, cum'è a velocità di a forza, u metudu di carica, u stiramentu simplice o a forza ripetuta, mostreranu diverse forze; Inoltre, a geometria è a dimensione di u campione è u mezu di prova anu ancu una grande influenza, à volte ancu decisiva. Per esempiu, a resistenza à a trazione di l'acciaiu ultra-alta resistenza in una atmosfera d'idrogenu pò calà esponenzialmente.

Ci sò solu dui modi per rinfurzà i materiali metallichi. Unu hè di aumentà a forza di legame interatomicu di a lega, aumentà a so forza teorica è preparà un cristallu cumpletu senza difetti, cum'è i whiskers. Hè cunnisciutu chì a forza di i whiskers di ferru hè vicina à u valore teoricu. Si pò cunsiderà chì questu hè perchè ùn ci sò micca dislocazioni in i whiskers, o solu una piccula quantità di dislocazioni chì ùn ponu micca proliferà durante u prucessu di deformazione. Sfurtunatamente, quandu u diametru di u whisker hè più grande, a forza diminuisce bruscamente. Un altru approcciu di rinfurzamentu hè di introduce un gran numeru di difetti di cristallu in u cristallu, cum'è dislocazioni, difetti puntuali, atomi eterogenei, limiti di granu, particelle altamente disperse o inhomogeneità (cum'è a segregazione), ecc. Questi difetti impediscenu u muvimentu di dislocazioni è ancu migliuranu significativamente a forza di u metallu. I fatti anu dimustratu chì questu hè u modu più efficace per aumentà a forza di i metalli. Per i materiali d'ingegneria, hè generalmente attraversu effetti di rinfurzamentu cumpleti per ottene prestazioni cumplete megliu.