01. Јачање чврстим раствором
Дефиниција
Ојачање чврстим раствором је феномен где се легирајући елементи растварају у основном металу, изазивајући изобличење решетке и повећавајући чврстоћу легуре.
Принцип
Растворени атоми који се растварају у чврстом раствору стварају изобличење решетке, што повећава отпор кретању дислокације, што отежава клизање. Као резултат, повећава се чврстоћа и тврдоћа чврстог раствора легуре. Овај механизам јачања се ослања на растварање атома растворених материја да би се формирао чврсти раствор. Са одговарајућом концентрацијом раствора, снага и тврдоћа материјала се побољшавају, иако се његова жилавост и дуктилност могу смањити.
Фактори утицаја
Што је већа атомска фракција атома растворених материја, јачи је ефекат јачања, посебно при ниским концентрацијама.
Што је већа разлика у величини између атома раствореног и основног метала, то је значајније јачање.
Интерстицијски атоми растворене супстанце имају јачи ефекат јачања од супституционих. У кубичним кристалима{1}}центрираним на тело, међупросторни атоми изазивају асиметричну дисторзију решетке, што доводи до већег ојачања него код кубичних кристала{2}}центрираних на лице. Међутим, растворљивост интерстицијалних атома је ограничена.
Што је већа разлика у бројевима валентних електрона између растворених и базних атома, то је јачи ефекат јачања. Снага течења расте са концентрацијом електрона.
Степен јачања зависи од:
Разлика у величини између растворених и базних атома: Већа неусклађеност величине повећава отпорност дислокација.
Количина легирајућих елемената: Више легирања=јачи ефекат, али превелике количине могу да пређу границу растворљивости и захтевају друге методе ојачања као што је ојачање у другој фази.
Интерстицијски атоми јачају више од супституционих атома.
Разлика валентних електрона између раствореног и матриксног метала појачава јачање.
Ефекти
Граница течења, затезна чврстоћа и тврдоћа премашују оне код чистих метала.
Генерално нижа дуктилност у поређењу са чистим металима.
Нижа електрична проводљивост од чистих метала.
Побољшана отпорност на пузање и отпорност{0}} на високе температуре.
02. Ворк Харденинг (Страин Харденинг)
Дефиниција
Како се хладна деформација повећава, чврстоћа и тврдоћа метала расту, док се пластичност и жилавост смањују.
Преглед
Када се метали пластично деформишу испод температуре рекристализације, они постају јачи и тврђи, али мање дуктилни и жилави. Такође познато као хладно очвршћавање. Током пластичне деформације, дислокације се заплићу, зрна се издужују, ломе и постају влакнаста. Уводи се резидуални напон. Степен очвршћавања се обично мери односом површинске микротврдоће пре и после деформације и дубине очврслог слоја.
Објашњење теорије дислокације
Дислокације се укрштају и формирају степенице{0}}као препреке за кретање.
Дислокације реагују формирањем непокретних дислокација које ометају кретање.
Умножавање дислокација повећава густину, додатно ометајући кретање.
Недостаци
Радно каљење компликује даљу обраду. На пример, хладно{1}}ваљани челик постаје све тврђи и необрадив, захтевајући средње жарење да би омекшао. У машинској обради, површинско каљење повећава силу резања и хабање алата.
Предности
Побољшава чврстоћу, тврдоћу и отпорност на хабање метала, посебно за чисте метале и легуре које се не могу ојачати топлотном обрадом (нпр. хладно-жице велике-чврсте чврстоће, хладно ваљане опруге, шине резервоара, чељусти за дробљење, скретнице).
Примене у машинству
Хладно извлачење, ваљање и бризгање у великој мери повећавају површинску чврстоћу материјала и компоненти.
Локализована пластична деформација под напрезањем може бити ограничена због очвршћавања при раду, побољшавајући сигурност компоненти.
Код штанцања, очврснуте области усмеравају деформацију на мекше делове, омогућавајући уједначену деформацију по пресецима.
Побољшава обрадивост ниско{0}}угљеничних челика тако што олакшава одвајање струготина. Међутим, повећава потрошњу енергије у даљој обради и хабање алата у машинској обради.
03. Јачање пречишћавања зрна
Дефиниција
Јачање рафинирања зрна побољшава механичка својства смањењем величине зрна.
Принцип
Метали су поликристални. Мања зрна (тј. више зрна по јединици запремине) резултирају већом чврстоћом, тврдоћом, пластичношћу и жилавошћу. Финија зрна равномерније расподељују деформацију, смањују концентрацију напона и ометају ширење пукотина. Дакле, рафинирање зрна повећава снагу.
Ефекти
Финија зрна смањују напрезање дислокације{0}}и повећавају снагу.
Према Халл–Петцх релацији, мања величина зрна ддд доводи до веће границе попуштања.
Методе за оплемењивање житарица
Повећајте потхлађење.
Третман инокулацијом.
Вибрације и мешање током очвршћавања.
Код хладно{0}}деформисаних метала: контрола степена деформације и температуре жарења.
04. Друга фаза Јачање
Дефиниција
У вишефазним легурама, поред матричне фазе, постоји и друга фаза. Када су фино дисперговане честице друге{1}}фазе равномерно распоређене у матрици, оне значајно ојачавају легуру. Ово је познато као друга{3}}фаза јачања.
Врсте
Из перспективе кретања дислокације, честице друге{0}}фазе су класификоване у:
Не-честице које се не могу деформисати: ојачање путем премосног механизма (Орован механизам).
Деформабилне честице: ојачање механизмом за сечење.
Дисперзоидно ојачање и очвршћавање падавинама су специфични облици ојачања друге{0}}фазе.
Ефекти
Честице друге{0}}фазе ступају у интеракцију са дислокацијама, ометајући њихово кретање и повећавајући отпорност легуре на деформацију.
Други фактори који утичу на снагу
Састав легуре, микроструктура и површинско стање.
Стање оптерећења: брзина, начин рада (затезни према цикличном).
Геометрија узорка и окружење за тестирање (нпр. кртост водоником може драстично смањити снагу).
Јачање приступа Резиме
Два главна пута за јачање метала:
Повећајте атомску силу везивања и створите{0}}кристале без дефеката (нпр. бркове).
Увести дефекте (дислокације, атоми растворених материја, границе зрна, итд.) да би се спречило кретање дислокација - доказано најефикаснији метод.
Инжењерски материјали се обично ослањају на комбинацију механизама за јачање за постизање оптималних перформанси.
