Forcimi i tretësirës së ngurtë

1. Përkufizimi

Një fenomen në të cilin elementët aliazh treten në metalin bazë për të shkaktuar një shkallë të caktuar shtrembërimi të rrjetës dhe në këtë mënyrë rrisin forcën e aliazhit.

2. Parimi

Atomet e lëndës së tretur të tretur në tretësirën e ngurtë shkaktojnë shtrembërim të rrjetës, gjë që rrit rezistencën e lëvizjes së dislokimit, e bën të vështirë rrëshqitjen dhe rrit forcën dhe fortësinë e tretësirës së ngurtë të aliazhit. Ky fenomen i forcimit të metalit duke tretur një element të caktuar të tretësirës për të formuar një tretësirë ​​të ngurtë quhet forcim me tretësirë ​​të ngurtë. Kur përqendrimi i atomeve të tretësirës është i përshtatshëm, forca dhe ngurtësia e materialit mund të rritet, por qëndrueshmëria dhe plasticiteti i tij janë ulur.

3. Faktorët ndikues

Sa më i lartë të jetë fraksioni atomik i atomeve të tretjes, aq më i madh është efekti forcues, veçanërisht kur fraksioni atomik është shumë i ulët, efekti forcues është më i rëndësishëm.

Sa më i madh të jetë ndryshimi midis atomeve të lëndës së tretur dhe madhësisë atomike të metalit bazë, aq më i madh është efekti forcues.

Atomet e substancës së tretur intersticiale kanë një efekt më të madh forcues të tretësirës së ngurtë sesa atomet zëvendësuese dhe për shkak se shtrembërimi i rrjetës së atomeve intersticiale në kristalet kubike me qendër në trup është asimetrik, efekti i tyre forcues është më i madh se ai i kristaleve kub me qendër fytyrën; por atomet intersticiale Tretshmëria e ngurtë është shumë e kufizuar, kështu që efekti aktual forcues është gjithashtu i kufizuar.

Sa më i madh të jetë diferenca në numrin e elektroneve të valencës midis atomeve të substancës së tretur dhe metalit bazë, aq më i dukshëm është efekti i forcimit të tretësirës së ngurtë, domethënë forca e rendimentit të tretësirës së ngurtë rritet me rritjen e përqendrimit të elektroneve të valencës.

4. Shkalla e forcimit të tretësirës së ngurtë varet kryesisht nga faktorët e mëposhtëm

Dallimi në madhësi midis atomeve të matricës dhe atomeve të tretur. Sa më i madh të jetë diferenca në madhësi, aq më e madhe është ndërhyrja në strukturën origjinale kristalore dhe aq më e vështirë është rrëshqitja e dislokimit.

Sasia e elementeve aliazh. Sa më shumë elementë aliazh të shtohen, aq më i madh është efekti forcues. Nëse shumë atome janë shumë të mëdha ose shumë të vogla, tretshmëria do të tejkalohet. Kjo përfshin një mekanizëm tjetër forcues, forcimin e fazës së shpërndarë.

Atomet e substancës së tretur intersticiale kanë një efekt më të madh forcues të tretësirës së ngurtë sesa atomet zëvendësuese.

Sa më i madh të jetë ndryshimi në numrin e elektroneve të valencës midis atomeve të substancës së tretur dhe metalit bazë, aq më i rëndësishëm është efekti i forcimit të tretësirës së ngurtë.

5. Efekti

Forca e rendimentit, forca në tërheqje dhe fortësia janë më të forta se metalet e pastra;

Në shumicën e rasteve, duktiliteti është më i ulët se ai i metalit të pastër;

Përçueshmëria është shumë më e ulët se metali i pastër;

Rezistenca ndaj zvarritjes, ose humbja e forcës në temperatura të larta, mund të përmirësohet me forcimin e solucionit të ngurtë.

Forcimi i punës

1. Përkufizimi

Me rritjen e shkallës së deformimit të ftohtë, forca dhe fortësia e materialeve metalike rriten, por plasticiteti dhe qëndrueshmëria ulen.

2. Hyrje

Një fenomen në të cilin forca dhe fortësia e materialeve metalike rriten kur ato deformohen plastikisht nën temperaturën e rikristalizimit, ndërsa plasticiteti dhe qëndrueshmëria ulen. Gjithashtu i njohur si forcim me punë të ftohtë. Arsyeja është se kur metali deformohet plastikisht, kokrrat e kristalit rrëshqasin dhe dislokimet ngatërrohen, gjë që bën që kokrrat e kristalit të zgjaten, thyhen dhe fiberizohen dhe në metal krijohen sforco të mbetura. Shkalla e ngurtësimit të punës zakonisht shprehet me raportin e mikrofortësisë së shtresës sipërfaqësore pas përpunimit me atë para përpunimit dhe thellësisë së shtresës së ngurtësuar.

3. Interpretimi nga këndvështrimi i teorisë së dislokimit

(1) Kryqëzimi ndodh ndërmjet dislokimeve, dhe prerjet që rezultojnë pengojnë lëvizjen e dislokimeve;

(2) Ndodh një reaksion ndërmjet dislokimeve, dhe dislokimi fiks i formuar pengon lëvizjen e dislokimit;

(3) Ndodh përhapja e dislokimeve dhe rritja e densitetit të dislokimit rrit më tej rezistencën ndaj lëvizjes së dislokimit.

4. Dëm

Forcimi i punës sjell vështirësi në përpunimin e mëtejshëm të pjesëve metalike. Për shembull, në procesin e rrokullisjes së ftohtë të pllakës së çelikut, ajo do të bëhet gjithnjë e më e vështirë për t'u rrokullisur, kështu që është e nevojshme të organizohet pjekja e ndërmjetme gjatë procesit të përpunimit për të eliminuar forcimin e saj të punës me ngrohje. Një shembull tjetër është që sipërfaqja e pjesës së punës të bëhet e brishtë dhe e fortë në procesin e prerjes, duke përshpejtuar konsumimin e veglave dhe duke rritur forcën e prerjes.

5. Përfitimet

Mund të përmirësojë forcën, fortësinë dhe rezistencën ndaj konsumit të metaleve, veçanërisht për ato metale të pastra dhe lidhje të caktuara që nuk mund të përmirësohen nga trajtimi termik. Për shembull, tela çeliku me rezistencë të lartë me tërheqje të ftohtë dhe susta me mbështjellje të ftohtë, etj., përdorin deformimin e punës së ftohtë për të përmirësuar forcën dhe kufirin e elasticitetit të tij. Një shembull tjetër është përdorimi i forcimit të punës për të përmirësuar ngurtësinë dhe rezistencën ndaj konsumit të rezervuarëve, binarëve të traktorëve, nofullave dërrmuese dhe kthesave hekurudhore.

6. Roli në inxhinieri mekanike

Pas tërheqjes së ftohtë, rrotullimit dhe rrahjes me gjuajtje (shih forcimin e sipërfaqes) dhe proceseve të tjera, forca e sipërfaqes së materialeve, pjesëve dhe përbërësve metalikë mund të përmirësohet ndjeshëm;

Pas stresit të pjesëve, stresi lokal i pjesëve të caktuara shpesh tejkalon kufirin e rendimentit të materialit, duke shkaktuar deformim plastik. Për shkak të forcimit të punës, zhvillimi i vazhdueshëm i deformimit plastik është i kufizuar, gjë që mund të përmirësojë sigurinë e pjesëve dhe komponentëve;

Kur stampohet një pjesë ose përbërës metalik, deformimi plastik i tij shoqërohet me forcim, në mënyrë që deformimi të kalojë në pjesën e papunuar të ngurtësuar rreth tij. Pas veprimeve të tilla të përsëritura të alternuara, mund të merren pjesë të stampimit të ftohtë me deformim të njëtrajtshëm të prerjes tërthore;

Mund të përmirësojë performancën e prerjes së çelikut me pak karbon dhe t'i bëjë copëzat të lehta për t'u ndarë. Por forcimi i punës sjell edhe vështirësi në përpunimin e mëtejshëm të pjesëve metalike. Për shembull, teli i çelikut i tërhequr në të ftohtë konsumon shumë energji për tërheqje të mëtejshme për shkak të forcimit të punës dhe madje mund të prishet. Prandaj, duhet të pjekja për të eliminuar forcimin e punës përpara vizatimit. Një shembull tjetër është se për ta bërë sipërfaqen e pjesës së punës të brishtë dhe të fortë gjatë prerjes, forca e prerjes rritet gjatë riprerjes dhe konsumimi i mjetit përshpejtohet.

Forcim i imët i grurit

1. Përkufizimi

Metoda e përmirësimit të vetive mekanike të materialeve metalike duke rafinuar kokrrat e kristalit quhet forcim i rafinimit të kristalit. Në industri, forca e materialit përmirësohet duke rafinuar kokrrat e kristalit.

2. Parimi

Metalet janë zakonisht polikristale të përbëra nga shumë kokrriza kristali. Madhësia e kokrrizave të kristalit mund të shprehet me numrin e kokrrizave të kristalit për njësi vëllimi. Sa më shumë të jetë numri, aq më të imta janë kokrrat e kristalit. Eksperimentet tregojnë se metalet me kokrriza të imta në temperaturën e dhomës kanë forcë, fortësi, plasticitet dhe qëndrueshmëri më të lartë se metalet me kokërr të trashë. Kjo ndodh sepse kokrrat e imëta pësojnë deformim plastik nën forcën e jashtme dhe mund të shpërndahen në më shumë kokrriza, deformimi plastik është më uniform dhe përqendrimi i stresit është më i vogël; përveç kësaj, sa më të imta të jenë kokrrat, aq më e madhe është sipërfaqja e kufirit të kokrrizave dhe aq më të përdredhur janë kufijtë e kokrrave. Sa më i pafavorshëm është përhapja e çarjeve. Prandaj, metoda e përmirësimit të forcës së materialit duke rafinuar kokrrat e kristalit quhet përforcimi i rafinimit të kokrrave në industri.

3. Efekti

Sa më e vogël të jetë madhësia e kokrrizave, aq më i vogël është numri i dislokimeve (n) në grupimin e dislokimit. Sipas τ=nτ0, sa më i vogël të jetë përqendrimi i stresit, aq më e lartë është forca e materialit;

Ligji i forcimit të forcimit të grurit të imët është se sa më shumë kufij të kokrrave, aq më të imta janë kokrrat. Sipas marrëdhënies Hall-Peiqi, sa më e vogël të jetë vlera mesatare (d) e kokrrizave, aq më e lartë është forca e rendimentit të materialit.

4. Metoda e përpunimit të grurit

Rritja e shkallës së nënftohjes;

Trajtimi i përkeqësimit;

Dridhje dhe nxitje;

Për metalet e deformuara në të ftohtë, kokrrat e kristalit mund të rafinohen duke kontrolluar shkallën e deformimit dhe temperaturën e pjekjes.

Përforcimi i fazës së dytë

1. Përkufizimi

Krahasuar me lidhjet njëfazore, lidhjet shumëfazore kanë një fazë të dytë përveç fazës së matricës. Kur faza e dytë shpërndahet në mënyrë uniforme në fazën e matricës me grimca të imta të shpërndara, ajo do të ketë një efekt forcues të rëndësishëm. Ky efekt forcues quhet forcimi i fazës së dytë.

2. Klasifikimi

Për lëvizjen e dislokimeve, faza e dytë e përfshirë në aliazh ka dy situatat e mëposhtme:

(1) Përforcimi i grimcave jo të deformueshme (mekanizmi bypass).

(2) Përforcimi i grimcave të deformueshme (mekanizmi cut-through).

Si forcimi i dispersionit ashtu edhe përforcimi i reshjeve janë raste të veçanta të forcimit të fazës së dytë.

3. Efekti

Arsyeja kryesore e forcimit të fazës së dytë është ndërveprimi ndërmjet tyre dhe dislokimit, i cili pengon lëvizjen e dislokimit dhe përmirëson rezistencën deformuese të aliazhit.

për të përmbledhur

Faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në forcën janë përbërja, struktura dhe gjendja e sipërfaqes së vetë materialit; e dyta është gjendja e forcës, si shpejtësia e forcës, metoda e ngarkimit, shtrirja e thjeshtë ose forca e përsëritur, do të tregojë forca të ndryshme; Për më tepër, gjeometria dhe madhësia e kampionit dhe mediumi i provës gjithashtu kanë një ndikim të madh, ndonjëherë edhe vendimtar. Për shembull, forca në tërheqje e çelikut ultra të lartë në një atmosferë hidrogjeni mund të bjerë në mënyrë eksponenciale.

Ekzistojnë vetëm dy mënyra për të forcuar materialet metalike. Njëra është rritja e forcës së lidhjes ndëratomike të lidhjes, rritja e forcës së saj teorike dhe përgatitja e një kristali të plotë pa defekte, siç janë mustaqet. Dihet se forca e mustaqeve të hekurit është afër vlerës teorike. Mund të konsiderohet se kjo ndodh sepse nuk ka dislokime në mustaqe, ose vetëm një sasi e vogël dislokimesh që nuk mund të shumohen gjatë procesit të deformimit. Fatkeqësisht, kur diametri i mustaqeve është më i madh, forca bie ndjeshëm. Një qasje tjetër forcuese është futja e një numri të madh të defekteve kristalore në kristal, të tilla si dislokimet, defektet e pikave, atomet heterogjene, kufijtë e kokrrizave, grimcat shumë të shpërndara ose johomogjenitetet (siç është ndarja), etj. Këto defekte pengojnë lëvizjen e dislokimeve dhe Gjithashtu përmirëson ndjeshëm forcën e metalit. Faktet kanë vërtetuar se kjo është mënyra më efektive për të rritur forcën e metaleve. Për materialet inxhinierike, përgjithësisht arrihet një performancë më e mirë gjithëpërfshirëse përmes efekteve gjithëpërfshirëse të forcimit.