Penguatan solusi padat

1. Definisi

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

2. Prinsip

Atom terlarut yang terlarut dalam larutan padat menyebabkan distorsi kisi, yang meningkatkan ketahanan gerakan dislokasi, membuat sulit tergelincir, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan larutan padat paduan.Fenomena penguatan logam dengan melarutkan unsur terlarut tertentu untuk membentuk larutan padat disebut penguatan larutan padat.Ketika konsentrasi atom terlarut sesuai, kekuatan dan kekerasan material dapat ditingkatkan, tetapi ketangguhan dan plastisitasnya menurun.

3. Faktor yang mempengaruhi

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

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

Atom terlarut interstitial memiliki efek penguatan larutan padat yang lebih besar daripada atom pengganti, dan karena distorsi kisi atom interstitial dalam kristal kubik berpusat pada tubuh adalah asimetris, efek penguatannya lebih besar daripada kristal kubik berpusat pada wajah;tetapi atom interstisial Kelarutan padat sangat terbatas, sehingga efek penguatan yang sebenarnya juga terbatas.

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

4. Tingkat 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 slip dislokasi.

Jumlah elemen paduan.Semakin banyak elemen paduan yang ditambahkan, semakin besar efek penguatannya.Jika terlalu banyak atom terlalu besar atau terlalu kecil, kelarutannya akan terlampaui.Ini melibatkan mekanisme penguatan lain, penguatan fase terdispersi.

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

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

5. Efek

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

Dalam kebanyakan kasus, keuletannya lebih rendah daripada logam murni;

Konduktivitasnya jauh lebih rendah daripada logam murni;

Resistensi creep, atau kehilangan kekuatan pada suhu tinggi, dapat ditingkatkan dengan penguatan larutan padat.

Pengerasan kerja

1. Definisi

Ketika derajat deformasi dingin meningkat, kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat, tetapi plastisitas dan ketangguhannya menurun.

2. Pendahuluan

Fenomena di mana kekuatan dan kekerasan bahan logam meningkat ketika dideformasi secara plastis di bawah suhu rekristalisasi, sedangkan plastisitas dan ketangguhannya menurun.Juga dikenal sebagai pengerasan kerja dingin.Alasannya adalah bahwa ketika logam mengalami deformasi plastis, butiran kristal tergelincir dan dislokasi terjerat, yang menyebabkan butiran kristal memanjang, pecah, dan berserat, dan tegangan sisa dihasilkan dalam logam.Tingkat pengerasan kerja biasanya dinyatakan dengan rasio kekerasan mikro lapisan permukaan setelah diproses dengan sebelum diproses dan kedalaman lapisan yang dikeraskan.

3. Interpretasi dari perspektif teori dislokasi

(1) Persimpangan terjadi antara dislokasi, dan pemotongan yang dihasilkan menghambat pergerakan dislokasi;

(2) Terjadi reaksi antara dislokasi, dan dislokasi tetap yang terbentuk menghambat pergerakan dislokasi;

(3) Proliferasi dislokasi terjadi, dan peningkatan kerapatan dislokasi semakin meningkatkan resistensi terhadap pergerakan dislokasi.

4. Membahayakan

Pengerasan kerja membawa kesulitan pada pemrosesan bagian logam lebih lanjut.Misalnya, dalam proses pengerolan dingin pelat baja akan menjadi semakin sulit untuk digulung, sehingga perlu untuk mengatur anil perantara selama proses pemrosesan untuk menghilangkan pengerasan kerjanya dengan pemanasan.Contoh lain adalah membuat permukaan benda kerja rapuh dan keras dalam proses pemotongan, sehingga mempercepat keausan pahat dan meningkatkan gaya potong.

5. Manfaat

Itu dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus logam, terutama untuk logam murni dan paduan tertentu yang tidak dapat ditingkatkan dengan perlakuan panas.Misalnya, kawat baja berkekuatan tinggi yang ditarik dingin dan pegas gulungan dingin, dll., Gunakan deformasi kerja dingin untuk meningkatkan kekuatan dan batas elastisnya.Contoh lainnya adalah penggunaan work hardening untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus tangki, track traktor, jaw crusher, dan turnout rel kereta api.

6. Berperan dalam teknik mesin

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

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

Ketika bagian atau komponen logam dicap, deformasi plastisnya disertai dengan penguatan, sehingga deformasi dipindahkan ke bagian keras yang tidak dikerjakan di sekitarnya.Setelah tindakan bolak-balik berulang kali, bagian stempel dingin dengan deformasi penampang seragam dapat diperoleh;

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

Penguatan butir 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.Ukuran butir kristal dapat dinyatakan dengan jumlah butir 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 daripada logam berbutir kasar.Ini karena butiran halus mengalami deformasi plastis di bawah gaya eksternal dan dapat tersebar di lebih banyak butiran, deformasi plastis lebih seragam, dan konsentrasi tegangan lebih sedikit;selain itu, semakin halus butirnya, 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 penyempurnaan butiran di industri.

3. Efek

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

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

4. Metode penyempurnaan butir

Tingkatkan derajat subcooling;

Perawatan kerusakan;

Getaran dan pengadukan;

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

Penguatan fase kedua

1. Definisi

Dibandingkan dengan paduan fase tunggal, paduan multi fase memiliki fase kedua selain fase matriks.Ketika fase kedua terdistribusi secara merata dalam fase matriks dengan partikel terdispersi halus, itu akan memiliki efek penguatan yang signifikan.Efek penguatan ini disebut penguatan fase kedua.

2. Klasifikasi

Untuk pergerakan dislokasi, fase kedua yang terkandung dalam paduan memiliki dua situasi berikut:

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

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

Penguatan dispersi dan penguatan presipitasi adalah kasus khusus penguatan fase kedua.

3. Efek

Alasan utama penguatan fase kedua adalah interaksi antara mereka 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, metode pemuatan, peregangan sederhana atau gaya berulang, akan menunjukkan kekuatan yang berbeda;Selain itu, geometri dan ukuran sampel serta media uji juga memiliki pengaruh yang besar, bahkan terkadang menentukan.Misalnya, kekuatan tarik baja berkekuatan sangat tinggi dalam atmosfer hidrogen dapat turun secara eksponensial.

Hanya ada dua cara untuk memperkuat material logam.Salah satunya adalah meningkatkan kekuatan ikatan interatomik paduan, meningkatkan kekuatan teoretisnya, dan menyiapkan kristal lengkap tanpa cacat, seperti kumis.Diketahui bahwa 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, ketika diameter kumis lebih besar, kekuatannya turun tajam.Pendekatan penguatan lainnya adalah memasukkan sejumlah besar cacat kristal ke dalam kristal, seperti dislokasi, cacat titik, atom heterogen, batas butir, partikel yang sangat terdispersi 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 bahan teknik, umumnya melalui efek penguatan komprehensif untuk mencapai kinerja komprehensif yang lebih baik.