Penguatan solusi padat

1. Definisi

Suatu fenomena di mana unsur-unsur paduan dilarutkan dalam logam dasar sehingga menyebabkan distorsi kisi pada tingkat tertentu dan dengan demikian meningkatkan kekuatan paduan.

2. Prinsip

Atom zat terlarut yang terlarut dalam larutan padat menyebabkan distorsi kisi, yang meningkatkan ketahanan gerakan dislokasi, mempersulit selip, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan larutan padat paduan. Fenomena penguatan logam dengan melarutkan unsur zat terlarut tertentu sehingga membentuk larutan padat disebut penguatan larutan padat. Jika konsentrasi atom zat terlarut sesuai, kekuatan dan kekerasan material dapat ditingkatkan, namun ketangguhan dan plastisitasnya menurun.

3. Faktor yang mempengaruhi

Semakin tinggi fraksi atom atom terlarut maka efek penguatannya semakin besar, apalagi bila fraksi atomnya sangat rendah maka efek penguatannya semakin signifikan.

Semakin besar perbedaan antara atom terlarut dan ukuran atom logam dasar, semakin besar pula efek penguatannya.

Atom zat terlarut interstisial memiliki efek penguatan larutan padat yang lebih besar daripada atom pengganti, dan karena distorsi kisi atom interstisial dalam kristal kubik yang berpusat pada tubuh adalah asimetris, efek penguatannya lebih besar dibandingkan dengan kristal kubik yang berpusat pada permukaan; Namun kelarutan atom interstisial padatan sangat terbatas, sehingga efek penguatan sebenarnya juga terbatas.

Semakin besar perbedaan jumlah elektron valensi antara atom zat terlarut dan logam dasar, semakin jelas efek penguatan larutan padat, yaitu kekuatan luluh larutan padat meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi elektron valensi.

4. Derajat penguatan larutan padat terutama bergantung pada faktor-faktor berikut

Perbedaan ukuran antara atom matriks dan atom terlarut. Semakin besar perbedaan ukuran, semakin besar interferensi terhadap struktur kristal asli, dan semakin sulit terjadinya slip dislokasi.

Jumlah unsur paduan. Semakin banyak unsur paduan yang ditambahkan, semakin besar efek penguatannya. Jika terlalu banyak atom, terlalu besar atau terlalu kecil, kelarutannya akan terlampaui. Hal ini melibatkan mekanisme penguatan lainnya, yaitu penguatan fase tersebar.

Atom zat terlarut interstisial memiliki efek penguatan larutan padat yang lebih besar dibandingkan atom pengganti.

Semakin besar perbedaan jumlah elektron valensi antara atom zat terlarut dan logam dasar, semakin signifikan efek penguatan larutan padat.

5. Efek

Kekuatan hasil, kekuatan tarik dan kekerasan lebih kuat dari logam murni;

Dalam kebanyakan kasus, keuletannya lebih rendah dibandingkan logam murni;

Konduktivitasnya jauh lebih rendah dibandingkan logam murni;

Ketahanan mulur, atau kehilangan kekuatan pada suhu tinggi, dapat diperbaiki dengan penguatan larutan padat.

Pengerasan kerja

1. Definisi

Dengan meningkatnya derajat deformasi dingin, kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat, namun plastisitas dan ketangguhannya menurun.

2. Pendahuluan

Suatu fenomena dimana kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat ketika mengalami deformasi plastis di bawah suhu rekristalisasi, sedangkan plastisitas dan ketangguhannya menurun. Juga dikenal sebagai pengerasan kerja dingin. Alasannya adalah ketika logam mengalami deformasi plastis, butiran kristal tergelincir dan dislokasi menjadi terjerat, yang menyebabkan butiran kristal memanjang, pecah, dan berserat, dan timbul tegangan sisa pada logam. Derajat pengerasan kerja biasanya dinyatakan dengan perbandingan kekerasan mikro lapisan permukaan setelah pengolahan dengan sebelum pengolahan dan kedalaman lapisan yang mengeras.

3. Interpretasi dari sudut pandang teori dislokasi

(1) Terjadi perpotongan antar dislokasi, dan akibat pemotongan tersebut menghambat pergerakan dislokasi;

(2) Terjadi reaksi antar dislokasi, dan dislokasi tetap yang terbentuk menghalangi pergerakan dislokasi;

(3) Terjadi proliferasi dislokasi, dan peningkatan kepadatan dislokasi semakin meningkatkan resistensi terhadap pergerakan dislokasi.

4. Membahayakan

Pengerasan kerja menimbulkan kesulitan pada pemrosesan lebih lanjut bagian logam. Misalnya pada proses cold-rolling pelat baja akan semakin sulit untuk digulung, sehingga perlu dilakukan intermediet annealing selama proses pengolahan untuk menghilangkan pengerasan kerja akibat pemanasan. Contoh lainnya adalah membuat permukaan benda kerja menjadi rapuh dan keras pada proses pemotongan, sehingga mempercepat keausan pahat dan meningkatkan gaya potong.

5. Manfaat

Hal ini dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus logam, terutama untuk logam murni dan paduan tertentu yang tidak dapat diperbaiki dengan perlakuan panas. Misalnya, kawat baja berkekuatan tinggi yang ditarik dingin dan pegas melingkar dingin, dll., menggunakan deformasi pengerjaan dingin untuk meningkatkan kekuatan dan batas elastisnya. Contoh lainnya adalah penggunaan pengerasan kerja untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus pada tangki, jalur traktor, rahang penghancur, dan putaran kereta api.

6. Berperan di bidang teknik mesin

Setelah cold drawing, rolling dan shot peening (lihat penguatan permukaan) dan proses lainnya, kekuatan permukaan bahan logam, bagian dan komponen dapat ditingkatkan secara signifikan;

Setelah bagian tersebut diberi tegangan, tegangan lokal pada bagian tertentu seringkali melebihi batas luluh material sehingga menyebabkan deformasi plastis. Karena pengerasan kerja, perkembangan deformasi plastis yang berkelanjutan dibatasi, yang dapat meningkatkan keamanan suku cadang dan komponen;

Apabila suatu bagian atau komponen logam dicap, deformasi plastisnya disertai dengan penguatan, sehingga deformasi tersebut berpindah ke bagian mengeras yang belum dikerjakan di sekitarnya. Setelah tindakan bergantian yang berulang-ulang, bagian stamping dingin dengan deformasi penampang yang seragam dapat diperoleh;

Hal ini dapat meningkatkan kinerja pemotongan baja karbon rendah dan membuat chip mudah dipisahkan. Namun pengerasan kerja juga menimbulkan kesulitan pada pemrosesan lebih lanjut bagian logam. Misalnya, kawat baja yang ditarik dingin menghabiskan banyak energi untuk penarikan selanjutnya akibat pengerasan kerja, dan bahkan mungkin putus. Oleh karena itu, harus dianil untuk menghilangkan pengerasan kerja sebelum menggambar. Contoh lainnya adalah untuk membuat permukaan benda kerja menjadi rapuh dan keras selama pemotongan, gaya pemotongan ditingkatkan selama pemotongan ulang, dan keausan pahat dipercepat.

Penguatan butiran halus

1. Definisi

Metode peningkatan sifat mekanik bahan logam dengan memurnikan butiran kristal disebut penguatan pemurnian kristal. Di industri, kekuatan material ditingkatkan dengan memurnikan butiran kristal.

2. Prinsip

Logam biasanya polikristal yang terdiri dari banyak butiran kristal. Besar kecilnya butiran kristal dapat dinyatakan dengan jumlah butiran kristal per satuan volume. Semakin banyak angkanya, semakin halus butiran kristalnya. Eksperimen menunjukkan bahwa logam berbutir halus pada suhu kamar memiliki kekuatan, kekerasan, plastisitas, dan ketangguhan yang lebih tinggi dibandingkan logam berbutir kasar. Hal ini karena butiran halus mengalami deformasi plastis akibat gaya luar dan dapat terdispersi dalam lebih banyak butiran, deformasi plastis lebih seragam, dan konsentrasi tegangan lebih kecil; selain itu, semakin halus butirannya, semakin besar luas batas butirnya dan semakin berliku-liku batas butirnya. Semakin tidak menguntungkan penyebaran retakan. Oleh karena itu, metode peningkatan kekuatan material dengan memurnikan butiran kristal disebut penguatan pemurnian butiran dalam industri.

3. Efek

Semakin kecil ukuran butir maka semakin kecil pula jumlah dislokasi (n) pada gugus dislokasi tersebut. Menurut τ=nτ0, semakin kecil konsentrasi tegangan, semakin tinggi kekuatan material;

Hukum penguatan butir halus adalah semakin banyak batas butir maka semakin halus butirnya. Menurut hubungan Hall-Peiqi, semakin kecil nilai rata-rata (d) butiran maka kekuatan luluh material tersebut semakin tinggi.

4. Metode pemurnian butir

Tingkatkan derajat subcooling;

pengobatan kerusakan;

Getaran dan pengadukan;

Untuk logam yang mengalami deformasi dingin, butiran kristal dapat dimurnikan dengan mengontrol derajat deformasi dan suhu anil.

Penguatan tahap kedua

1. Definisi

Dibandingkan dengan paduan satu fasa, paduan multifasa mempunyai fasa kedua selain fasa matriks. Ketika fase kedua terdistribusi secara merata dalam fase matriks dengan partikel terdispersi halus, maka akan mempunyai efek penguatan yang signifikan. Efek penguatan ini disebut penguatan tahap kedua.

2. Klasifikasi

Untuk pergerakan dislokasi, fasa kedua yang terkandung dalam paduan mempunyai dua situasi sebagai berikut:

(1) Penguatan partikel yang tidak dapat dideformasi (mekanisme bypass).

(2) Penguatan partikel yang dapat dideformasi (mekanisme potong).

Penguatan penyebaran dan penguatan curah hujan merupakan kasus khusus dari penguatan tahap kedua.

3. Efek

Alasan utama penguatan fase kedua adalah interaksi antara keduanya dan dislokasi, yang menghambat pergerakan dislokasi dan meningkatkan ketahanan deformasi paduan.

untuk menyimpulkan

Faktor terpenting yang mempengaruhi kekuatan adalah komposisi, struktur dan keadaan permukaan material itu sendiri; yang kedua adalah keadaan gaya, seperti kecepatan gaya, cara pembebanan, tegangan sederhana atau gaya berulang, akan menunjukkan kekuatan yang berbeda; Selain itu, geometri dan ukuran sampel serta media uji juga mempunyai pengaruh yang besar, bahkan terkadang menentukan. Misalnya, kekuatan tarik baja berkekuatan sangat tinggi di atmosfer hidrogen dapat turun secara eksponensial.

Hanya ada dua cara untuk memperkuat material logam. Salah satunya adalah meningkatkan kekuatan ikatan antar atom paduan, meningkatkan kekuatan teoritisnya, dan menyiapkan kristal lengkap tanpa cacat, seperti kumis. Diketahui kekuatan kumis besi mendekati nilai teoritis. Hal ini dapat dianggap karena tidak adanya dislokasi pada kumis, atau hanya sejumlah kecil dislokasi yang tidak dapat berkembang biak selama proses deformasi. Sayangnya, semakin besar diameter kumisnya, kekuatannya menurun tajam. Pendekatan penguatan lainnya adalah dengan memasukkan sejumlah besar cacat kristal ke dalam kristal, seperti dislokasi, cacat titik, atom heterogen, batas butir, partikel yang sangat tersebar atau ketidakhomogenan (seperti segregasi), dll. Cacat ini menghambat pergerakan dislokasi dan juga Secara signifikan meningkatkan kekuatan logam. Fakta membuktikan bahwa ini adalah cara paling efektif untuk meningkatkan kekuatan logam. Untuk material teknik, umumnya melalui efek penguatan komprehensif untuk mencapai kinerja komprehensif yang lebih baik.