Forcimi i tretësirës së ngurtë

1. Përkufizim

Një fenomen në të cilin elementët aliazhues treten në metalin bazë për të shkaktuar një shkallë të caktuar të shtrembërimit të rrjetës dhe kështu rrisin fortësinë e aliazhit.

2. Parimi

Atomet e tretësirës së tretur të tretura në tretësirën e ngurtë shkaktojnë shtrembërim të rrjetës, gjë që rrit rezistencën ndaj lëvizjes së zhvendosjeve, 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 në tretësirë ​​të ngurtë. Kur përqendrimi i atomeve të tretësirës është i përshtatshëm, forca dhe fortësia e materialit mund të rriten, por fortësia dhe plasticiteti i tij ulen.

3. Faktorët ndikues

Sa më i lartë të jetë fraksioni atomik i atomeve të tretësirës, ​​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 tretësirës dhe madhësisë atomike të metalit bazë, aq më i madh është efekti forcues.

Atomet e tretësirës ndërstike kanë një efekt më të madh forcimi të tretësirës së ngurtë sesa atomet zëvendësuese, dhe meqenëse shtrembërimi i rrjetës së atomeve ndërstike në kristalet kubike me qendër në trup është asimetrik, efekti i tyre forcues është më i madh se ai i kristaleve kubike me qendër në sipërfaqe; por tretshmëria e atomeve ndërstike në trup është shumë e kufizuar, kështu që efekti aktual forcues është gjithashtu i kufizuar.

Sa më i madh të jetë ndryshimi në numrin e elektroneve të valencës midis atomeve të tretësirës dhe metalit bazë, aq më i dukshëm është efekti i forcimit të tretësirës së ngurtë, domethënë, kufiri i rrjedhshmërisë së 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

Diferenca në madhësi midis atomeve të matricës dhe atomeve të tretësirës. Sa më e madhe të jetë ndryshimi në madhësi, aq më e madhe është ndërhyrja në strukturën origjinale kristalore dhe aq më e vështirë është rrëshqitja e zhvendosjeve.

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

Atomet ndërsjellës të tretësirës 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 tretësirës dhe metalit bazë, aq më i rëndësishëm është efekti forcimin e tretësirës së ngurtë.

5. Efekti

Rezistenca në rrjedhje, rezistenca 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 rezistencës në temperatura të larta, mund të përmirësohet duke forcuar tretësirën e ngurtë.

Forcim pune

1. Përkufizim

Ndërsa shkalla e deformimit të ftohtë rritet, forca dhe fortësia e materialeve metalike rritet, 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 fortësia ulen. I njohur edhe si forcim me punë të ftohtë. Arsyeja është se kur metali deformohet plastikisht, kokrrat e kristalit rrëshqasin dhe zhvendosjet ngatërrohen, gjë që shkakton zgjatjen, thyerjen dhe fibrëzimin e kokrrave të kristalit, dhe gjenerohen strese të mbetura në metal. Shkalla e forcimit me punë zakonisht shprehet me raportin e mikrofortësisë së shtresës sipërfaqësore pas përpunimit me atë para përpunimit dhe thellësinë e shtresës së ngurtësuar.

3. Interpretimi nga perspektiva e teorisë së zhvendosjeve

(1) Ndërmjet zhvendosjeve ndodh kryqëzim dhe prerjet që rezultojnë pengojnë lëvizjen e zhvendosjeve;

(2) Ndodh një reaksion midis zhvendosjeve, dhe zhvendosja fikse e formuar pengon lëvizjen e zhvendosjes;

(3) Ndodh përhapja e zhvendosjeve dhe rritja e dendësisë së zhvendosjeve rrit më tej rezistencën ndaj lëvizjes së zhvendosjeve.

4. Dëm

Forcimi i punës sjell vështirësi në përpunimin e mëtejshëm të pjesëve metalike. Për shembull, gjatë procesit të petëzimit të ftohtë të pllakës së çelikut, ajo do të bëhet gjithnjë e më e vështirë për t'u petëzuar, kështu që është e nevojshme të organizohet kalitje e ndërmjetme gjatë procesit të përpunimit për të eliminuar forcimin e saj të punës me anë të ngrohjes. Një shembull tjetër është ta bësh sipërfaqen e copës së punës të brishtë dhe të fortë gjatë procesit të prerjes, duke përshpejtuar kështu konsumimin e mjetit dhe duke rritur forcën e prerjes.

5. Përfitimet

Mund të përmirësojë fortësinë, fortësinë dhe rezistencën ndaj konsumimit të metaleve, veçanërisht për ato metale të pastra dhe disa aliazhe që nuk mund të përmirësohen me anë të trajtimit termik. Për shembull, teli i çelikut me rezistencë të lartë i tërhequr në të ftohtë dhe sustë e mbështjellë në të ftohtë, etj., përdorin deformim të përpunimit në të ftohtë për të përmirësuar fortësinë dhe kufirin e elasticitetit të tyre. Një shembull tjetër është përdorimi i forcimit të punës për të përmirësuar fortësinë dhe rezistencën ndaj konsumimit të rezervuarëve, shinave të traktorëve, nofullave të thërrmuesve dhe kthesave hekurudhore.

6. Roli në inxhinieri mekanike

Pas tërheqjes në të ftohtë, petëzimit dhe spërkatjes me fishekë (shih forcimin e sipërfaqes) dhe proceseve të tjera, rezistenca sipërfaqësore e materialeve, pjesëve dhe komponentëve metalikë mund të përmirësohet ndjeshëm;

Pasi pjesët sforcohen, sforcimi lokal i disa pjesëve shpesh tejkalon kufirin e rrjedhshmërisë së materialit, duke shkaktuar deformim plastik. Për shkak të forcimit gjatë punës, zhvillimi i vazhdueshëm i deformimit plastik është i kufizuar, gjë që mund të përmirësojë sigurinë e pjesëve dhe komponentëve;

Kur një pjesë ose përbërës metalik stampohet, deformimi i tij plastik shoqërohet me forcim, në mënyrë që deformimi të transferohet në pjesën e ngurtësuar të papërpunuar përreth tij. Pas veprimeve të tilla të përsëritura alternative, mund të merren pjesë të stampuara në të ftohtë me deformim të prerjes tërthore uniforme;

Mund të përmirësojë performancën e prerjes së çelikut me karbon të ulët dhe ta bëjë ndarjen e lehtë të copave. Por forcimi gjatë punës sjell gjithashtu 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 gjatë punës, dhe madje mund të thyhet. Prandaj, ai duhet të kalitet në temperaturë të lartë për të eliminuar forcimin gjatë punës para tërheqjes. Një shembull tjetër është se, për ta bërë sipërfaqen e copës së punës të brishtë dhe të fortë gjatë prerjes, forca e prerjes rritet gjatë riprerjes, dhe konsumimi i mjetit përshpejtohet.

Forcimi i kokrrizave të imëta

1. Përkufizim

Metoda e përmirësimit të vetive mekanike të materialeve metalike duke rafinuar kokrrat e kristalit quhet forcim me rafinim kristali. Në industri, qëndrueshmëria e materialit përmirësohet duke rafinuar kokrrat e kristalit.

2. Parimi

Metalet zakonisht janë 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 i madh numri, aq më të imëta janë kokrrizat e kristalit. Eksperimentet tregojnë se metalet me kokrriza të imëta në temperaturë ambienti kanë forcë, fortësi, plasticitet dhe rezistencë më të lartë se metalet me kokrriza të trasha. Kjo ndodh sepse kokrrizat e imëta i nënshtrohen deformimit 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 imëta të jenë kokrrizat, aq më e madhe është zona kufitare e kokrrizave dhe kufijtë e kokrrizave më të përdredhur. Sa më e pafavorshme është përhapja e çarjeve. Prandaj, metoda e përmirësimit të forcës së materialit duke rafinuar kokrrizat e kristalit quhet forcim i rafinimit të kokrrizave në industri.

3. Efekti

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

Ligji i forcimit të kokrrizave të imëta është se sa më shumë kufij kokrrizash, aq më të imëta janë kokrrizat. Sipas marrëdhënies Hall-Peiqi, sa më e vogël të jetë vlera mesatare (d) e kokrrizave, aq më e lartë është kufiri i rrjedhshmërisë së materialit.

4. Metoda e rafinimit të kokrrave

Rritja e shkallës së nënftohjes;

Trajtimi i përkeqësimit;

Dridhje dhe trazim;

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. Përkufizim

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

2. Klasifikimi

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

(1) Përforcim i grimcave jo të deformueshme (mekanizëm bypass).

(2) Përforcimi i grimcave të deformueshme (mekanizmi i prerjes).

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

3. Efekti

Arsyeja kryesore për forcimin e fazës së dytë është bashkëveprimi midis tyre dhe zhvendosjes, i cili pengon lëvizjen e zhvendosjes dhe përmirëson rezistencën ndaj deformimit të lidhjes.

për të përmbledhur

Faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në fortësi janë përbërja, struktura dhe gjendja sipërfaqësore e vetë materialit; e dyta është gjendja e forcës, siç është shpejtësia e forcës, metoda e ngarkimit, shtrirja e thjeshtë ose forca e përsëritur, do të tregojnë fortësi të ndryshme; Përveç kësaj, gjeometria dhe madhësia e mostrës dhe mjedisi i provës gjithashtu kanë një ndikim të madh, ndonjëherë edhe vendimtar. Për shembull, forca në tërheqje e çelikut me fortësi 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 aliazhit, rritja e forcës së tij teorike dhe përgatitja e një kristali të plotë pa defekte, siç janë mustaqet. Dihet që forca e mustaqeve të hekurit është afër vlerës teorike. Mund të konsiderohet se kjo ndodh sepse nuk ka zhvendosje në mustaqe, ose vetëm një sasi e vogël zhvendosjesh që nuk mund të shumohen gjatë procesit të deformimit. Fatkeqësisht, kur diametri i mustaqes është më i madh, forca bie ndjeshëm. Një qasje tjetër forcimi është futja e një numri të madh defektesh kristalore në kristal, siç janë zhvendosjet, defektet e pikës, atomet heterogjene, kufijtë e kokrrizave, grimcat shumë të shpërndara ose inhomogjenitetet (siç është ndarja), etj. Këto defekte pengojnë lëvizjen e zhvendosjeve dhe gjithashtu përmirësojnë ndjeshëm forcën e metalit. Faktet kanë vërtetuar se kjo është mënyra më efektive për të rritur forcën e metaleve. Për materialet inxhinierike, në përgjithësi është përmes efekteve gjithëpërfshirëse të forcimit për të arritur performancë më të mirë gjithëpërfshirëse.