Деформационное упрочнение (или деформационное упрочнение, наклеп)
Определение
После того как материал поддается текучести, с увеличением степени деформации прочность и твердость материала увеличиваются, а пластичность и вязкость уменьшаются, явление называется деформационным упрочнением или наклепом.
Механизм
При пластической деформации плотность дислокаций продолжает увеличиваться, поэтому дислокация при движении взаимного поперечного сечения усиливается, в результате чего возникает фиксированный шаг резания, запутывание дислокаций и другие препятствия движению дислокаций, сопротивление увеличивается, вызывающее увеличение сопротивления деформации к продолжению пластической деформации, вызванное трудностями повышения прочности металла по закону: степень деформации увеличивается, прочность материала, твердость повышается, пластичность, вязкость снижается, плотность дислокаций продолжает увеличиваться , по рисунку формулы видно, что прочность и плотность дислокаций ρ половинной мощности пропорциональны дислокации, чем больше вектор Бертольда b, тем значительнее эффект упрочнения.
Методы
Холодная деформация, например, холодное прессование, галтовка, дробеструйная обработка и т. д.
Пример
Холодное волочение стальной проволоки увеличивает ее прочность в геометрической прогрессии.
Практическая значимость деформационного упрочнения (за и против)
(1) Преимущества:
① деформационное упрочнение является эффективным способом упрочнения металла. Для некоторых материалов, которые нельзя укрепить термообработкой, вы можете использовать метод деформационного упрочнения, чтобы улучшить прочность материала, что может привести к экспоненциальному увеличению прочности.
② является важным фактором при обработке и формовании определенных заготовок или полуфабрикатов, чтобы обеспечить равномерную деформацию металла, чтобы можно было формовать заготовку или полуфабрикат, например, холоднотянутую стальную проволоку, детали штамповка литья.
③ деформационное усиление также может повысить безопасность деталей или компонентов в процессе использования, некоторые части деталей подвергаются концентрации напряжения или явлению перегрузки, так что пластическая деформация места происходит из-за затвердевания деформации перегруженных деталей. остановить и тем самым повысить безопасность.
(2) Недостатки
① Деформационное упрочнение также создает проблемы при производстве и использовании материалов, деформация приводит к увеличению прочности, снижению пластичности, а продолжение деформации создает трудности, требующие больше энергии.
(2) Чтобы позволить материалу продолжать деформироваться, необходимо провести рекристаллизационный отжиг посередине, чтобы материал мог продолжать деформироваться без растрескивания, что увеличивает стоимость производства.
Усиление твердого решения
Определение
С увеличением содержания растворенных атомов прочность твердого раствора, твердость, пластичность, ударная вязкость, явление, называемое упрочнением твердого раствора.
Механизм
(1) Атомы растворенного вещества растворяются, так что искажение решетки твердого раствора, на поверхности скольжения движение дислокации оказывает тормозящее воздействие.
(2) Дислокационная линия агломерации атомов растворенного вещества газовой группы Киршнера формируется на дислокации в результате эффекта закрепления, увеличивающего сопротивление движению дислокации.
(3) Поляризация атомов растворенного вещества в ламинарной области дислокации препятствует движению протяженных дислокаций. Все факторы, затрудняющие движение дислокаций и повышающие сопротивление движению дислокаций, могут привести к увеличению прочности.
Законы
(i) В области растворимости в твердом растворе чем больше массовая доля легирующих элементов, тем больше эффект упрочнения.
② Чем больше разница в размерах атомов растворенного вещества и растворителя, тем значительнее эффект усиления.
③ образование твердого раствора внедрения растворенных элементов с эффектом усиления больше, чем образование замещающих элементов твердого раствора
④ чем больше разница между количеством валентных электронов между атомами растворенного вещества и атомами растворителя, тем больше эффект усиления.
Методы
Легирование, то есть добавление легирующих элементов.
Пример
Прочность медно-никелевого сплава выше, чем у чистого металла меди и никеля.
Мелкозернистое упрочнение
Определение
С уменьшением размера зерна прочность и твердость материала увеличиваются, а также улучшаются пластичность и ударная вязкость - явление, известное как мелкозернистое упрочнение.
Механизм
Принцип заключается в блокирующем влиянии границ зерен на скольжение дислокаций. Для поликристалла движение дислокаций должно преодолевать сопротивление границы зерна, это связано с тем, что ориентация дислокаций по обе стороны границы зерна различна, поэтому в зерне дислокации скольжения не могут проходить непосредственно через границу зерна в соседние зерна, только в границах зерен закупорены большим количеством дислокаций, вызванных концентрацией напряжений, чтобы стимулировать движение дислокаций в соседних зернах было создано скольжение. Таким образом, чем мельче зерно, тем выше прочность материала.
Закон
Чем мельче зерно, тем больше площадь границ зерен, согласно рисунку формулы Холла - Пейджа, чем меньше средний диаметр зерна d, тем выше предел текучести материала σs.
Методы очистки зерна
①Процесс кристаллизации можно ускорить за счет увеличения степени переохлаждения, метаморфической обработки, вибрации и перемешивания для увеличения скорости зародышеобразования для измельчения зерна;
② для холодной деформации металла можно контролировать степень деформации, температуру отжига для измельчения зерна;
③ может быть нормализован, отожженный метод термообработки для очистки зерна;
④ могут быть добавлены легирующие элементы стали, образование новых фаз для подавления роста зерна.
Усиление второго этапа
Определение
В металлической матрице присутствует еще одна или несколько других фаз, присутствие этих фаз способствует повышению прочности металла. Из-за различных процессов получения второй фазы упрочнение второй фазы делится на: ① Дисперсионное упрочнение: получение второй фазы путем термообработки с фазовым переходом. ② Дисперсионное упрочнение: получение второй фазы путем спекания порошка или внутреннего окисления.
Механизм
Дислокации во время своего движения сталкиваются со второй фазой и должны обойти или прорезать вторую фазу, поэтому вторая фаза препятствует движению дислокаций, что приводит к увеличению прочности материала.
Пример
Наличие науглероживателей в стали приводит к увеличению прочности стали.
