חיזוק פתרון מוצק

1. הגדרה

תופעה בה מתמוססים אלמנטים סגסוגים במתכת הבסיסית כדי לגרום לדרגה מסוימת של עיוות סריג ובכך להגביר את חוזק הסגסוגת.

2. עקרון

האטומים המומסים המומסים בתמיסה המוצקה גורמים לעיוות הסריג, מה שמגביר את ההתנגדות לתנועת נקע, מקשה על החלקה ומגביר את החוזק והקשיות של תמיסה מוצקה מסגסוגת. תופעה זו של חיזוק המתכת על ידי המסת יסוד מומס מסוים ליצירת תמיסה מוצקה נקראת חיזוק תמיסה מוצקה. כאשר ריכוז האטומים המומסים מתאים, ניתן להגביר את החוזק והקשיות של החומר, אך הקשיחות והפלסטיות שלו ירדו.

3. גורמים משפיעים

ככל שהשבר האטומי של אטומים מומסים גבוה יותר, כך אפקט החיזוק גדול יותר, במיוחד כאשר השבר האטומי נמוך מאוד, השפעת החיזוק משמעותית יותר.

ככל שההבדל בין האטומים המומסים לגודל האטומי של המתכת הבסיסית גדול יותר, כך האפקט המחזק גדול יותר.

לאטומים מומסים ביניים יש אפקט חיזוק פתרון מוצק גדול יותר מאשר לאטומים מחליפים, ומכיוון שעיוות הסריג של אטומים בין-סטיים בגבישים קוביים במרכז הגוף הוא א-סימטרי, השפעתם המחזקת גדולה מזו של גבישים מעוקבים במרכז הפנים; אבל אטומים אינטרסטיציאליים המסיסות המוצקה מוגבלת מאוד, ולכן גם השפעת החיזוק בפועל מוגבלת.

ככל שההבדל במספר האלקטרונים הערכיות בין האטומים המומסים למתכת הבסיס גדול יותר, כך השפעת חיזוק התמיסה המוצקה ברורה יותר, כלומר חוזק התפוקה של התמיסה המוצקה עולה עם עליית ריכוז האלקטרון הערכי.

4. מידת חיזוק התמיסה המוצקה תלויה בעיקר בגורמים הבאים

ההבדל בגודל בין אטומי מטריקס לאטומים מומסים. ככל שההבדל בגודל גדול יותר, כך ההפרעה למבנה הגבישי המקורי גדולה יותר, וקשה יותר להחליק בנקע.

כמות האלמנטים המתגזרים. ככל שנוספו יותר אלמנטים מסגסוגים, כך האפקט המחזק גדול יותר. אם יותר מדי אטומים גדולים מדי או קטנים מדי, המסיסות תהיה חריגה. זה כרוך במנגנון חיזוק נוסף, חיזוק הפאזה המפוזרת.

לאטומים מומסים ביניים יש אפקט חיזוק פתרון מוצק גדול יותר מאשר לאטומים תחליפים.

ככל שההבדל במספר האלקטרונים הערכיות בין האטומים המומסים למתכת הבסיס גדולה יותר, כך השפעת חיזוק התמיסה המוצקה משמעותית יותר.

5. אפקט

חוזק תפוקה, חוזק מתיחה וקשיות חזקים יותר ממתכות טהורות;

ברוב המקרים, המשיכות נמוכה מזו של מתכת טהורה;

המוליכות נמוכה בהרבה ממתכת טהורה;

התנגדות לזחילה, או אובדן חוזק בטמפרטורות גבוהות, ניתן לשפר על ידי חיזוק תמיסה מוצקה.

התקשות עבודה

1. הגדרה

ככל שמידת העיוות הקרה עולה, החוזק והקשיחות של חומרי מתכת גדלים, אך הפלסטיות והקשיחות פוחתות.

2. הקדמה

תופעה שבה חוזקם וקשיותם של חומרי מתכת גדלים כאשר הם מעוותים פלסטית מתחת לטמפרטורת ההתגבשות, בעוד הפלסטיות והקשיחות פוחתות. ידוע גם בשם התקשות עבודה קרה. הסיבה היא שכאשר המתכת מעוותת פלסטית, גרגרי הגביש מחליקים ותזוזות מסתבכות, מה שגורם להתארכות גרגרי הגביש, להישבר ולהתגבש, ולחצים שיוריים נוצרים במתכת. מידת התקשות העבודה מתבטאת בדרך כלל ביחס בין קשיות המיקרו של שכבת פני השטח לאחר העיבוד לזו שלפני העיבוד ועומק השכבה המוקשה.

3. פרשנות מנקודת המבט של תיאוריית הנקע

(1) מתרחשת חיתוך בין נקעים, והחתכים שנוצרו מעכבים את תנועת הנקעים;

(2) תגובה מתרחשת בין נקעים, והנקע הקבוע שנוצר מעכב את תנועת הנקע;

(3) מתרחשת התפשטות של נקעים, והעלייה בצפיפות הנקע מגבירה עוד יותר את ההתנגדות לתנועת נקע.

4. נזק

התקשות העבודה מביאה קשיים להמשך העיבוד של חלקי מתכת. לדוגמה, בתהליך של גלגול קר של לוח הפלדה, היא תהפוך קשה יותר ויותר לגלגול, ולכן יש צורך לארגן חישול ביניים במהלך תהליך העיבוד כדי לבטל את התקשות העבודה שלה בחימום. דוגמה נוספת היא להפוך את פני השטח של חומר העבודה לשבירים וקשים בתהליך החיתוך, ובכך להאיץ את שחיקת הכלים ולהגדיל את כוח החיתוך.

5. הטבות

זה יכול לשפר את החוזק, הקשיות וההתנגדות לבלאי של מתכות, במיוחד עבור מתכות טהורות וסגסוגות מסוימות שלא ניתן לשפר על ידי טיפול בחום. לדוגמה, חוט פלדה בעל חוזק גבוה, קפיץ מפותל קר וכו', משתמשים בעיוות עבודה קרה כדי לשפר את החוזק והגבול האלסטי שלו. דוגמה נוספת היא השימוש בהקשחת עבודה כדי לשפר את הקשיות ועמידות הבלאי של טנקים, פסי טרקטור, לסתות מגרסה ותחנות רכבת.

6. תפקיד בהנדסת מכונות

לאחר ציור קר, גלגול והזריקה (ראה חיזוק פני השטח) ותהליכים אחרים, ניתן לשפר משמעותית את חוזק פני השטח של חומרי מתכת, חלקים ורכיבים;

לאחר שהחלקים נלחצים, הלחץ המקומי של חלקים מסוימים עולה לרוב על גבול התפוקה של החומר, מה שגורם לעיוות פלסטי. בשל התקשות העבודה, המשך הפיתוח של דפורמציה פלסטית מוגבל, מה שיכול לשפר את הבטיחות של חלקים ורכיבים;

כאשר מוטבעים חלק או רכיב מתכתי, העיוות הפלסטי שלו מלווה בחיזוק, כך שהדפורמציה מועברת לחלק המוקשה הלא מעובד שסביבו. לאחר פעולות מתחלפות חוזרות ונשנות כאלה, ניתן להשיג חלקי הטבעה קרים עם עיוות חתך אחיד;

זה יכול לשפר את ביצועי החיתוך של פלדה דלת פחמן ולהפוך את השבבים לקלים להפרדה. אבל התקשות העבודה מביאה קשיים גם לעיבוד נוסף של חלקי מתכת. לדוגמה, חוט פלדה שנמשך בקור צורך אנרגיה רבה למשיכה נוספת עקב התקשות העבודה, ואף עלול להישבר. לכן, זה חייב להיות חישול כדי לבטל את התקשות העבודה לפני הציור. דוגמה נוספת היא שכדי להפוך את פני השטח של חומר העבודה לשבירים וקשים במהלך החיתוך, עוצמת החיתוך מוגברת במהלך החיתוך מחדש, ובלאי הכלים מואץ.

חיזוק גרגירים עדינים

1. הגדרה

השיטה לשיפור התכונות המכניות של חומרי מתכת על ידי זיקוק גרגירי הגביש נקראת חיזוק זיקוק קריסטל. בתעשייה משפרים את חוזק החומר על ידי זיקוק גרגרי הקריסטל.

2. עקרון

מתכות הן בדרך כלל פוליקריסטלים המורכבים מגרגרי גביש רבים. ניתן לבטא את גודל גרגרי הגביש במספר גרגרי הגביש ליחידת נפח. ככל שהמספר גדול יותר, כך גרגרי הקריסטל עדינים יותר. ניסויים מראים כי למתכות עדינות גרגירים בטמפרטורת החדר יש חוזק, קשיות, פלסטיות וקשיחות גבוהות יותר מאשר מתכות גסות. הסיבה לכך היא שהגרגרים העדינים עוברים דפורמציה פלסטית בכוח חיצוני וניתן לפזר אותם בעוד גרגרים, העיוות הפלסטי אחיד יותר וריכוז המתח קטן יותר; בנוסף, ככל שהגרגרים עדינים יותר, כך שטח גבול התבואה גדול יותר וגבולות התבואה מפותלים יותר. ככל שההתפשטות של סדקים לא טובה יותר. לכן, שיטת שיפור חוזק החומר על ידי זיקוק גרגרי הקריסטל נקראת בענף חיזוק חידוד גרגרים.

3. אפקט

ככל שגודל הגרגר קטן יותר, מספר הנקעים (n) קטן יותר באשכול הנקע. לפי τ=nτ0, ככל שריכוז המתח קטן יותר, חוזק החומר גבוה יותר;

חוק החיזוק של חיזוק גרגירים עדין הוא שככל שיש יותר גבולות גרגרים, כך הגרגרים עדינים יותר. לפי הקשר Hall-Peiqi, ככל שהערך הממוצע (d) של הגרגירים קטן יותר, חוזק התפוקה של החומר גבוה יותר.

4. שיטת עידון התבואה

הגדל את מידת הקירור המשנה;

טיפול בהידרדרות;

רטט וערבול;

עבור מתכות מעוותות בקור, ניתן לעדן את גרגרי הגביש על ידי שליטה במידת העיוות וטמפרטורת החישול.

חיזוק שלב שני

1. הגדרה

בהשוואה לסגסוגות חד-פאזיות, לסגסוגות רב-פאזיות יש שלב שני בנוסף לשלב המטריצה. כאשר השלב השני מופץ באופן אחיד בשלב המטריצה ​​עם חלקיקים מפוזרים עדינים, תהיה לו אפקט חיזוק משמעותי. אפקט חיזוק זה נקרא חיזוק השלב השני.

2. סיווג

לתנועה של נקעים, לשלב השני הכלול בסגסוגת יש את שני המצבים הבאים:

(1) חיזוק של חלקיקים שאינם ניתנים לעיוות (מנגנון מעקף).

(2) חיזוק של חלקיקים ניתנים לעיוות (מנגנון חיתוך).

גם חיזוק פיזור וגם חיזוק משקעים הם מקרים מיוחדים של חיזוק שלב שני.

3. אפקט

הסיבה העיקרית לחיזוק השלב השני היא האינטראקציה בינם לבין הנקע, המעכבת את תנועת הנקע ומשפרת את התנגדות העיוות של הסגסוגת.

לסיכום

הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על החוזק הם ההרכב, המבנה ומצב פני השטח של החומר עצמו; השני הוא מצב הכוח, כגון מהירות הכוח, שיטת העמסה, מתיחה פשוטה או כוח חוזר, יראה עוצמות שונות; בנוסף, גם לגיאומטריה ולגודל המדגם ומצע הבדיקה יש השפעה רבה, לעיתים אף מכרעת. לדוגמה, חוזק המתיחה של פלדה בעלת חוזק גבוה במיוחד באווירת מימן עשוי לרדת באופן אקספוננציאלי.

יש רק שתי דרכים לחזק חומרי מתכת. האחת היא להגביר את כוח הקשר הבין-אטומי של הסגסוגת, להגדיל את החוזק התיאורטי שלה, ולהכין גביש שלם ללא פגמים, כגון שפם. ידוע כי חוזק שפם הברזל קרוב לערך התיאורטי. ניתן לשקול כי הסיבה לכך היא שאין נקעים בשפם, או רק כמות קטנה של נקעים שאינם יכולים להתרבות במהלך תהליך העיוות. למרבה הצער, כאשר קוטר השפם גדול יותר, החוזק יורד בחדות. גישה מחזקת נוספת היא הכנסת מספר רב של פגמי גביש לתוך הגביש, כגון נקעים, פגמים נקודתיים, אטומים הטרוגניים, גבולות גרגרים, חלקיקים מפוזרים מאוד או אי-הומוגניות (כגון הפרדה) וכו'. פגמים אלו מעכבים את התנועה של נקעים ו גם לשפר משמעותית את חוזק המתכת. עובדות הוכיחו שזו הדרך היעילה ביותר להגביר את חוזק המתכות. עבור חומרים הנדסיים, זה בדרך כלל באמצעות השפעות חיזוק מקיפות כדי להשיג ביצועים מקיפים טובים יותר.