Պինդ լուծույթի ամրապնդում

1. Սահմանում

Մի երևույթ, որի դեպքում համաձուլվածքային տարրերը լուծվում են հիմնական մետաղի մեջ՝ առաջացնելով ցանցի որոշակի աստիճանի աղավաղում և այդպիսով մեծացնելով համաձուլվածքի ամրությունը։

2. Սկզբունք

Պինդ լուծույթում լուծված լուծված նյութի ատոմները առաջացնում են ցանցի աղավաղում, ինչը մեծացնում է տեղաշարժերի շարժման դիմադրությունը, դժվարացնում է սահելը և մեծացնում համաձուլվածքի պինդ լուծույթի ամրությունն ու կարծրությունը: Մետաղի ամրացման այս երևույթը՝ որոշակի լուծված տարր լուծելով՝ պինդ լուծույթ առաջացնելու համար, կոչվում է պինդ լուծույթի ամրացում: Երբ լուծված նյութի ատոմների կոնցենտրացիան համապատասխան է, նյութի ամրությունն ու կարծրությունը կարող են մեծանալ, բայց դրա կարծրությունն ու պլաստիկությունը նվազում են:

3. Ազդեցող գործոններ

Որքան բարձր է լուծված նյութի ատոմների ատոմային մասնաբաժինը, այնքան մեծ է ամրապնդող ազդեցությունը, հատկապես, երբ ատոմային մասնաբաժինը շատ ցածր է, ամրապնդող ազդեցությունն ավելի նշանակալի է։

Որքան մեծ է լուծված նյութի ատոմների և հիմնական մետաղի ատոմային չափի միջև տարբերությունը, այնքան մեծ է ամրապնդող ազդեցությունը։

Միջբջջային լուծված նյութի ատոմներն ունեն պինդ լուծույթի ամրապնդման ավելի մեծ ազդեցություն, քան փոխարինող ատոմները, և քանի որ մարմին-կենտրոն խորանարդ բյուրեղներում միջբջջային ատոմների ցանցի աղավաղումը ասիմետրիկ է, դրանց ամրապնդման ազդեցությունն ավելի մեծ է, քան մակերես-կենտրոն խորանարդ բյուրեղներինը։ Սակայն միջբջջային ատոմների լուծելիությունը պինդ նյութում շատ սահմանափակ է, ուստի իրական ամրապնդման ազդեցությունը նույնպես սահմանափակ է։

Որքան մեծ է լուծված նյութի ատոմների և հիմնական մետաղի միջև վալենտային էլեկտրոնների թվի տարբերությունը, այնքան ավելի ակնհայտ է պինդ լուծույթի ուժեղացման ազդեցությունը, այսինքն՝ պինդ լուծույթի հոսունության սահմանը մեծանում է վալենտային էլեկտրոնների կոնցենտրացիայի աճին զուգընթաց։

4. Պինդ լուծույթի ամրացման աստիճանը հիմնականում կախված է հետևյալ գործոններից

Մատրիցային ատոմների և լուծված նյութի ատոմների չափերի տարբերությունը։ Որքան մեծ է չափերի տարբերությունը, այնքան մեծ է ինտերֆերենցիան սկզբնական բյուրեղային կառուցվածքի վրա, և այնքան ավելի դժվար է դիսլոկացիայի սահքը։

Լեգիրող տարրերի քանակը։ Որքան շատ լեգիրող տարրեր են ավելացվում, այնքան մեծ է ամրացնող ազդեցությունը։ Եթե չափազանց շատ ատոմներ չափազանց մեծ կամ չափազանց փոքր են, լուծելիությունը կգերազանցվի։ Սա ներառում է մեկ այլ ամրացնող մեխանիզմ՝ ցրված փուլի ամրացումը։

Միջբջջային լուծված նյութի ատոմներն ավելի մեծ ամրացնող ազդեցություն ունեն պինդ լուծույթի վրա, քան փոխարինող ատոմները։

Որքան մեծ է լուծված նյութի ատոմների և հիմնական մետաղի միջև վալենտային էլեկտրոնների թվի տարբերությունը, այնքան ավելի նշանակալի է պինդ լուծույթի ամրապնդման ազդեցությունը։

5. Էֆեկտ

Հոսքի ուժը, ձգման ուժը և կարծրությունը ավելի ուժեղ են, քան մաքուր մետաղները։

Շատ դեպքերում, ճկունությունը ցածր է մաքուր մետաղից։

Հաղորդականությունը շատ ավելի ցածր է, քան մաքուր մետաղի դեպքում։

Սողալու դիմադրությունը կամ ամրության կորուստը բարձր ջերմաստիճաններում կարող է բարելավվել պինդ լուծույթում ամրացման միջոցով։

Աշխատանքային կարծրացում

1. Սահմանում

Սառը դեֆորմացիայի աստիճանի մեծացմանը զուգընթաց մետաղական նյութերի ամրությունն ու կարծրությունը մեծանում են, սակայն պլաստիկությունն ու ամրությունը նվազում են։

2. Ներածություն

Մի երևույթ, որի դեպքում մետաղական նյութերի ամրությունն ու կարծրությունը մեծանում են, երբ դրանք պլաստիկորեն դեֆորմացվում են վերաբյուրեղացման ջերմաստիճանից ցածր, մինչդեռ պլաստիկությունն ու ամրությունը նվազում են: Հայտնի է նաև որպես սառը մշակման կարծրացում: Պատճառն այն է, որ երբ մետաղը պլաստիկորեն դեֆորմացվում է, բյուրեղային հատիկները սահում են, և տեղաշարժերը խճճվում են, ինչը հանգեցնում է բյուրեղային հատիկների երկարացմանը, կոտրմանը և մանրաթելացմանը, և մետաղում առաջանում են մնացորդային լարվածություններ: Աշխատանքային կարծրացման աստիճանը սովորաբար արտահայտվում է մշակումից հետո մակերեսային շերտի միկրոկարծրության և մշակումից առաջ եղած միկրոկարծրության հարաբերակցությամբ, ինչպես նաև կարծրացած շերտի խորությամբ:

3. Մեկնաբանություն դիսլոկացիայի տեսության տեսանկյունից

(1) Տեղաշարժերի միջև տեղի է ունենում հատում, և արդյունքում առաջացող կտրվածքները խոչընդոտում են տեղաշարժերի շարժմանը։

(2) Դիսլոկացիաների միջև տեղի է ունենում ռեակցիա, և առաջացած ֆիքսված դիսլոկացիան խոչընդոտում է դիսլոկացիայի շարժմանը։

(3) Տեղի է ունենում դիսլոկացիաների բազմացում, և դիսլոկացիայի խտության աճը հետագայում մեծացնում է դիսլոկացիայի շարժման նկատմամբ դիմադրությունը։

4. Վնաս

Աշխատանքային կարծրացումը դժվարություններ է առաջացնում մետաղական մասերի հետագա մշակման համար: Օրինակ՝ պողպատե թիթեղի սառը գլանման գործընթացում այն ​​ավելի ու ավելի դժվար է դառնում գլանելու համար, ուստի անհրաժեշտ է միջանկյալ թրծում կազմակերպել մշակման գործընթացի ընթացքում՝ տաքացման միջոցով աշխատանքային կարծրացումը բացառելու համար: Մեկ այլ օրինակ է կտրման գործընթացում աշխատանքային մասի մակերեսը փխրուն և կարծր դարձնելը, դրանով իսկ արագացնելով գործիքի մաշվածությունը և մեծացնելով կտրման ուժը:

5. Առավելություններ

Այն կարող է բարելավել մետաղների ամրությունը, կարծրությունը և մաշվածության դիմադրությունը, հատկապես այն մաքուր մետաղների և որոշակի համաձուլվածքների համար, որոնք չեն կարող բարելավվել ջերմային մշակման միջոցով: Օրինակ՝ սառը ձգված բարձր ամրության պողպատե մետաղալարը և սառը պարուրված զսպանակը և այլն, օգտագործում են սառը մշակման դեֆորմացիա՝ իրենց ամրությունն ու առաձգականության սահմանը բարելավելու համար: Մեկ այլ օրինակ է աշխատանքային կարծրացման կիրառումը բաքերի, տրակտորային ռելսերի, ջարդիչների ծնոտների և երկաթուղային շրջադարձերի կարծրությունն ու մաշվածության դիմադրությունը բարելավելու համար:

6. Դերը մեխանիկական ճարտարագիտության մեջ

Սառը ձգումից, գլանումից և կրակոցով մկրատումից (տե՛ս մակերեսի ամրացում) և այլ գործընթացներից հետո մետաղական նյութերի, մասերի և բաղադրիչների մակերեսային ամրությունը կարող է զգալիորեն բարելավվել։

Մասերի լարվածությունից հետո որոշակի մասերի տեղային լարվածությունը հաճախ գերազանցում է նյութի հոսունության սահմանը՝ առաջացնելով պլաստիկ դեֆորմացիա։ Աշխատանքային կարծրացման պատճառով պլաստիկ դեֆորմացիայի շարունակական զարգացումը սահմանափակվում է, ինչը կարող է բարելավել մասերի և բաղադրիչների անվտանգությունը։

Երբ մետաղական մասը կամ բաղադրիչը դրոշմվում է, դրա պլաստիկ դեֆորմացիան ուղեկցվում է ամրացմամբ, այնպես որ դեֆորմացիան փոխանցվում է դրա շուրջը գտնվող չմշակված կարծրացված մասին: Նման կրկնվող հերթագայող գործողություններից հետո կարելի է ստանալ սառը դրոշմման մասեր՝ միատարր լայնական հատույթի դեֆորմացիայով։

Այն կարող է բարելավել ցածր ածխածնային պողպատի կտրման կատարողականը և հեշտացնել չիպսերի բաժանումը: Սակայն կարծրացումը նաև դժվարություններ է առաջացնում մետաղական մասերի հետագա մշակման համար: Օրինակ, սառը ձգված պողպատե մետաղալարը մեծ էներգիա է սպառում հետագա ձգման համար՝ կարծրացման պատճառով, և նույնիսկ կարող է կոտրվել: Հետևաբար, այն պետք է թրծվի՝ կարծրացումը վերացնելու համար ձգումից առաջ: Մեկ այլ օրինակ է այն, որ կտրման ընթացքում աշխատանքային մասի մակերեսը փխրուն և կարծր դարձնելու համար կտրման ուժը մեծանում է կրկնակի կտրման ժամանակ, և գործիքի մաշվածությունը արագանում է:

Նուրբ հատիկների ամրացում

1. Սահմանում

Մետաղական նյութերի մեխանիկական հատկությունների բարելավման մեթոդը բյուրեղային հատիկների զտման միջոցով կոչվում է բյուրեղային զտման ամրացում։ Արդյունաբերությունում նյութի ամրությունը բարելավվում է բյուրեղային հատիկների զտման միջոցով։

2. Սկզբունք

Մետաղները սովորաբար բազմաբյուրեղներ են, որոնք կազմված են բազմաթիվ բյուրեղային հատիկներից: Բյուրեղային հատիկների չափը կարելի է արտահայտել ծավալի միավորում բյուրեղային հատիկների քանակով: Որքան մեծ է թիվը, այնքան նուրբ են բյուրեղային հատիկները: Փորձերը ցույց են տալիս, որ սենյակային ջերմաստիճանում նուրբ հատիկավոր մետաղներն ունեն ավելի բարձր ամրություն, կարծրություն, պլաստիկություն և կարծրություն, քան խոշորահատիկ մետաղները: Դա պայմանավորված է նրանով, որ նուրբ հատիկները արտաքին ուժի ազդեցության տակ ենթարկվում են պլաստիկ դեֆորմացիայի և կարող են ցրվել ավելի շատ հատիկներով, պլաստիկ դեֆորմացիան ավելի միատարր է, և լարման կոնցենտրացիան ավելի փոքր է. բացի այդ, որքան նուրբ են հատիկները, այնքան մեծ է հատիկների սահմանային մակերեսը և ավելի ոլորապտույտ են հատիկների սահմանները: Որքան անբարենպաստ է ճաքերի տարածումը: Հետևաբար, բյուրեղային հատիկները մաքրելու միջոցով նյութի ամրությունը բարելավելու մեթոդը արդյունաբերության մեջ կոչվում է հատիկների մաքրում-ամրացում:

3. Էֆեկտ

Որքան փոքր է հատիկի չափը, այնքան փոքր է դիսլոկացիաների քանակը (n) դիսլոկացիաների կլաստերում։ Τ=nτ0-ի համաձայն, որքան փոքր է լարման կոնցենտրացիան, այնքան բարձր է նյութի ամրությունը։

Մանրահատիկ ամրացման ամրացման օրենքն այն է, որ որքան շատ են հատիկների սահմանները, այնքան մանր են հատիկները: Հոլ-Պեյքիի կապի համաձայն՝ որքան փոքր է հատիկների միջին արժեքը (d), այնքան բարձր է նյութի հոսունության սահմանը:

4. Հացահատիկի մաքրման մեթոդը

Բարձրացնել ենթասառեցման աստիճանը;

Վատթարացման բուժում;

Թրթռում և խառնում;

Սառը դեֆորմացված մետաղների դեպքում բյուրեղային հատիկները կարող են զտվել՝ կարգավորելով դեֆորմացիայի աստիճանը և թրծման ջերմաստիճանը։

Երկրորդ փուլի ամրացում

1. Սահմանում

Միաֆազ համաձուլվածքների համեմատ, բազմաֆազ համաձուլվածքները մատրիցային փուլից բացի ունեն նաև երկրորդ փուլ։ Երբ երկրորդ փուլը հավասարաչափ բաշխված է մատրիցային փուլում՝ մանր ցրված մասնիկներով, այն կունենա զգալի ամրացնող ազդեցություն։ Այս ամրացնող ազդեցությունը կոչվում է երկրորդ փուլի ամրացում։

2. Դասակարգում

Դիսլոկացիաների շարժման համար համաձուլվածքում պարունակվող երկրորդ փուլն ունի հետևյալ երկու իրավիճակները.

(1) Ոչ դեֆորմացվող մասնիկների ամրացում (շրջանցման մեխանիզմ):

(2) Դեֆորմացվող մասնիկների ամրացում (կտրման մեխանիզմ):

Ե՛վ ցրման, և՛ տեղումների միջոցով ուժեղացումը երկրորդ փուլի ուժեղացման հատուկ դեպքեր են։

3. Էֆեկտ

Երկրորդ փուլի ամրապնդման հիմնական պատճառը դրանց և դիսլոկացիայի փոխազդեցությունն է, որը խոչընդոտում է դիսլոկացիայի շարժմանը և բարելավում է համաձուլվածքի դեֆորմացիայի դիմադրությունը։

ամփոփելու համար

Ամրության վրա ազդող ամենակարևոր գործոններն են նյութի կազմը, կառուցվածքը և մակերեսային վիճակը։ Երկրորդը՝ ուժի վիճակը, ինչպիսիք են ուժի արագությունը, բեռնման եղանակը, պարզ ձգումը կամ կրկնվող ուժը, ցույց կտան տարբեր ամրություններ։ Բացի այդ, նմուշի և փորձարկման միջավայրի երկրաչափությունն ու չափը նույնպես մեծ ազդեցություն ունեն, երբեմն նույնիսկ որոշիչ։ Օրինակ՝ գերբարձր ամրության պողպատի ձգման ամրությունը ջրածնային մթնոլորտում կարող է էքսպոնենցիալ կերպով նվազել։

Մետաղական նյութերը ամրացնելու միայն երկու եղանակ կա։ Մեկը համաձուլվածքի միջատոմային կապի ուժը մեծացնելն է, դրա տեսական ամրությունը մեծացնելը և ամբողջական բյուրեղ պատրաստելը՝ առանց արատների, ինչպիսիք են բեղիկները։ Հայտնի է, որ երկաթե բեղիկների ամրությունը մոտ է տեսական արժեքին։ Կարելի է ենթադրել, որ դա պայմանավորված է նրանով, որ բեղիկներում դիսլոկացիաներ չկան, կամ միայն փոքր քանակությամբ դիսլոկացիաներ կան, որոնք չեն կարող բազմանալ դեֆորմացիայի ընթացքում։ Դժբախտաբար, երբ բեղիկի տրամագիծը մեծ է, ամրությունը կտրուկ նվազում է։ Ամրապնդման մեկ այլ մոտեցում է բյուրեղի մեջ մեծ թվով բյուրեղային արատներ ներմուծելը, ինչպիսիք են դիսլոկացիաները, կետային արատները, տարասեռ ատոմները, հատիկների սահմանները, խիստ ցրված մասնիկները կամ անհամասեռությունները (օրինակ՝ տարանջատումը) և այլն։ Այս արատները խոչընդոտում են դիսլոկացիաների շարժը և նաև զգալիորեն բարելավում են մետաղի ամրությունը։ Փաստերը ցույց են տվել, որ սա մետաղների ամրությունը մեծացնելու ամենաարդյունավետ միջոցն է։ Ինժեներական նյութերի դեպքում, ընդհանուր առմամբ, ավելի լավ համապարփակ կատարողականության հասնելու համար անհրաժեշտ է համապարփակ ամրացման էֆեկտների միջոցով։