01. تقویت محلول جامد
تعریف
تقویت محلول جامد پدیده ای است که در آن عناصر آلیاژی در فلز پایه حل می شوند و باعث اعوجاج شبکه و افزایش استحکام آلیاژ می شوند.
اصل
اتم های حل شده ای که در محلول جامد حل می شوند، اعوجاج شبکه ای ایجاد می کنند که مقاومت در برابر حرکت نابجایی را افزایش می دهد و لغزش را دشوارتر می کند. در نتیجه استحکام و سختی محلول جامد آلیاژی افزایش می یابد. این مکانیسم تقویتی متکی بر حل کردن اتم های املاح برای تشکیل یک محلول جامد است. با غلظت مناسب املاح، استحکام و سختی ماده بهبود می یابد، اگرچه چقرمگی و شکل پذیری آن ممکن است کاهش یابد.
عوامل تأثیرگذار
هر چه کسر اتمی اتم های املاح بیشتر باشد، اثر تقویتی قوی تر، به ویژه در غلظت های کم است.
هر چه تفاوت اندازه بین اتم های فلز پایه و املاح بیشتر باشد، استحکام بیشتر است.
اتم های املاح بینابینی اثر تقویت کنندگی قوی تری نسبت به اتم های جایگزین دارند. در کریستال‌های مکعبی مرکز-، اتم‌های بینابینی باعث ایجاد اعوجاج شبکه نامتقارن می‌شوند که در نتیجه استحکام بیشتری نسبت به کریستال‌های مکعبی مرکز- صورت می‌گیرد. با این حال، حلالیت اتم های بینابینی محدود است.
هرچه اختلاف اعداد الکترون ظرفیت بین اتم‌های املاح و پایه بیشتر باشد، اثر تقویتی قوی‌تر است. قدرت تسلیم با غلظت الکترون افزایش می یابد.
درجه تقویت بستگی دارد:
تفاوت اندازه بین اتم های املاح و پایه: عدم تطابق بیشتر اندازه، مقاومت دررفتگی را افزایش می دهد.
مقدار عناصر آلیاژی: آلیاژی بیشتر=اثر قوی‌تری دارد، اما مقادیر بیش از حد ممکن است از حد حلالیت فراتر رود و به روش‌های تقویتی دیگری مانند تقویت فاز دوم نیاز داشته باشد.
اتم های بینابینی بیشتر از اتم های جایگزین تقویت می شوند.
اختلاف الکترون ظرفیت بین املاح و فلز زمینه تقویت استحکام را افزایش می دهد.
جلوه ها
استحکام تسلیم، استحکام کششی و سختی بیشتر از فلزات خالص است.
به طور کلی شکل پذیری کمتری نسبت به فلزات خالص دارد.
رسانایی الکتریکی کمتر از فلزات خالص.
مقاومت در برابر خزش بهبود یافته و{0}}قدرت دمایی بالا.
02. کار سخت شدن (سخت کردن کرنش)
تعریف
با افزایش تغییر شکل سرد، استحکام و سختی فلز افزایش می یابد، در حالی که انعطاف پذیری و چقرمگی کاهش می یابد.
نمای کلی
هنگامی که فلزات در زیر دمای تبلور مجدد تغییر شکل می دهند، قوی تر و سخت تر می شوند اما انعطاف پذیری و سختی کمتری دارند. همچنین به عنوان سخت کاری سرد شناخته می شود. در طی تغییر شکل پلاستیک، نابجایی ها در هم می پیچند، دانه ها دراز می شوند، می شکنند و فیبری می شوند. تنش پسماند معرفی شده است. درجه سخت شدن معمولاً با نسبت ریزسختی سطح قبل و بعد از تغییر شکل و عمق لایه سخت شده اندازه گیری می شود.
توضیح تئوری نابجایی
نابجایی ها همدیگر را قطع می کنند و پله{0}}مانند موانع حرکت را تشکیل می دهند.
دررفتگی ها واکنش نشان می دهند و دررفتگی های بی حرکتی را ایجاد می کنند که مانع حرکت می شوند.
ضرب دررفتگی چگالی را افزایش می دهد و مانع حرکت بیشتر می شود.
معایب
سخت شدن کار، پردازش بیشتر را پیچیده می کند. به عنوان مثال، فولاد سرد-به طور فزاینده ای سخت و غیرقابل کار می شود و برای نرم شدن نیاز به بازپخت میانی دارد. در ماشینکاری، سخت شدن سطح، نیروی برش و سایش ابزار را افزایش می دهد.
مزایا
استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش فلز را بهبود می بخشد، به ویژه برای فلزات و آلیاژهای خالصی که با عملیات حرارتی قابل تقویت نیستند (به عنوان مثال، سیم‌های سرد-با استحکام بالا، فنرهای نورد سرد-، مسیرهای مخزن، فک‌های سنگ شکن، کلیدهای راه‌آهن).
کاربردها در مهندسی مکانیک
کشش سرد، نورد کردن و ضربه زدن به شدت استحکام سطح مواد و اجزاء را افزایش می دهد.
تغییر شکل پلاستیک موضعی تحت تنش را می توان به دلیل سخت شدن کار محدود کرد و ایمنی اجزا را بهبود بخشید.
در مهر زنی، نواحی سخت شده، تغییر شکل را به نواحی نرمتر هدایت می کنند و امکان تغییر شکل یکنواخت در سراسر بخش ها را فراهم می کنند.
با آسان‌تر کردن جداسازی براده‌ها، قابلیت ماشینکاری فولادهای{0} کم کربن را افزایش می‌دهد. با این حال، مصرف انرژی را در پردازش بیشتر و سایش ابزار در ماشینکاری افزایش می دهد.
03. تقویت غلات
تعریف
تقویت پالایش دانه با کاهش اندازه دانه، خواص مکانیکی را بهبود می بخشد.
اصل
فلزات پلی کریستالی هستند. دانه های کوچکتر (یعنی دانه های بیشتر در واحد حجم) استحکام، سختی، انعطاف پذیری و چقرمگی بالاتری را به همراه دارد. دانه های ریزتر تغییر شکل را به طور یکنواخت توزیع می کنند، تمرکز تنش را کاهش می دهند و مانع از انتشار ترک می شوند. بنابراین، تصفیه غلات استحکام را افزایش می دهد.
جلوه ها
دانه‌های ریزتر استرس نابجایی را کاهش می‌دهند و قدرت را افزایش می‌دهند.
با توجه به رابطه هال-پچ، اندازه دانه کوچکتر ddd منجر به قدرت تسلیم بالاتر می شود.
روش های تصفیه غلات
خنک کاری را افزایش دهید.
درمان تلقیح.
لرزش و هم زدن در حین انجماد.
در فلزات سرد-تغییر شکل: درجه تغییر شکل و دمای بازپخت را کنترل کنید.
04. تقویت فاز دوم
تعریف
در آلیاژهای چند فازی، علاوه بر فاز ماتریس، فاز دوم نیز وجود دارد. هنگامی که ذرات فاز دوم{1} به طور ریز پراکنده شده اند به طور یکنواخت در ماتریس توزیع می شوند، آلیاژ را به طور قابل توجهی تقویت می کنند. این به عنوان تقویت فاز دوم شناخته می شود.
انواع
از منظر حرکت نابجایی، ذرات مرحله دوم-به‌صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
ذرات غیرقابل تغییر شکل-: تقویت از طریق مکانیسم بای پس (مکانیسم Orowan).
ذرات تغییر شکل پذیر: تقویت از طریق مکانیسم برش.
تقویت دیسپرسوئید و سخت شدن بارشی اشکال خاصی از تقویت فاز دوم-است.
جلوه ها
ذرات فاز دوم-با نابجایی‌ها برهم‌کنش می‌کنند، مانع حرکت آن‌ها و افزایش مقاومت آلیاژ در برابر تغییر شکل می‌شوند.
سایر عوامل موثر بر قدرت
ترکیب آلیاژ، ریزساختار و حالت سطح.
شرایط بارگذاری: سرعت، حالت (کششی در مقابل چرخه ای).
هندسه نمونه و محیط آزمایش (به عنوان مثال، شکنندگی هیدروژن می تواند استحکام را به شدت کاهش دهد).
خلاصه رویکردهای تقویتی
دو راه اصلی برای تقویت فلزات:
نیروی پیوند اتمی را افزایش دهید و کریستال‌های آزاد{0}}(مثلاً سبیل) ایجاد کنید.
برای جلوگیری از حرکت نابجایی، عیوب (دررفتگی، اتم‌های املاح، مرز دانه‌ها و غیره) را معرفی کنید - که ثابت شده مؤثرترین روش است.
مواد مهندسی معمولاً برای دستیابی به عملکرد بهینه بر ترکیبی از مکانیسم های تقویت کننده تکیه می کنند.
