01. Tăng cường giải pháp rắn
Sự định nghĩa
Tăng cường dung dịch rắn là hiện tượng các nguyên tố hợp kim hòa tan vào kim loại cơ bản, gây biến dạng mạng tinh thể và tăng độ bền của hợp kim.
Nguyên tắc
Các nguyên tử hòa tan hòa tan vào dung dịch rắn tạo ra sự biến dạng mạng tinh thể, làm tăng lực cản chuyển động trật khớp, khiến cho việc trượt trở nên khó khăn hơn. Kết quả là độ bền và độ cứng của dung dịch rắn hợp kim tăng lên. Cơ chế tăng cường này dựa vào việc hòa tan các nguyên tử chất tan để tạo thành dung dịch rắn. Với nồng độ chất tan thích hợp, độ bền và độ cứng của vật liệu được cải thiện, mặc dù độ dẻo dai và độ dẻo của nó có thể giảm.
Các yếu tố ảnh hưởng
Tỷ lệ nguyên tử của các nguyên tử chất tan càng cao thì tác dụng tăng cường càng mạnh, đặc biệt ở nồng độ thấp.
Sự chênh lệch kích thước giữa các nguyên tử kim loại tan và kim loại cơ bản càng lớn thì độ bền càng đáng kể.
Các nguyên tử chất tan xen kẽ có tác dụng tăng cường mạnh hơn các nguyên tử thay thế. Trong tinh thể lập phương tâm-thân, các nguyên tử xen kẽ gây ra biến dạng mạng không đối xứng, dẫn đến cường độ lớn hơn so với tinh thể lập phương tâm-ở mặt. Tuy nhiên, độ hòa tan của các nguyên tử xen kẽ bị hạn chế.
Sự chênh lệch số electron hóa trị giữa nguyên tử chất tan và nguyên tử bazơ càng lớn thì tác dụng tăng cường càng mạnh. Sức mạnh năng suất tăng theo nồng độ điện tử.
Mức độ tăng cường phụ thuộc vào:
Sự khác biệt về kích thước giữa các nguyên tử chất tan và bazơ: Sự không khớp kích thước lớn hơn làm tăng khả năng chống trật khớp.
Lượng nguyên tố hợp kim: Hợp kim nhiều hơn=có tác dụng mạnh hơn, nhưng lượng quá nhiều có thể vượt quá giới hạn hòa tan và yêu cầu các phương pháp tăng cường khác như tăng cường giai đoạn thứ hai.
Các nguyên tử xen kẽ mạnh hơn các nguyên tử thay thế.
Sự chênh lệch điện tử hóa trị giữa chất tan và kim loại ma trận giúp tăng cường độ bền.
Các hiệu ứng
Độ bền năng suất, độ bền kéo và độ cứng vượt quá kim loại nguyên chất.
Nói chung độ dẻo thấp hơn so với kim loại nguyên chất.
Độ dẫn điện kém hơn kim loại nguyên chất.
Cải thiện khả năng chống rão và độ bền nhiệt độ-cao.
02. Work Hardening (Strain Hardening)
Sự định nghĩa
Khi biến dạng nguội tăng lên, độ bền và độ cứng của kim loại tăng lên, trong khi độ dẻo và độ bền giảm.
Tổng quan
Khi kim loại bị biến dạng dẻo dưới nhiệt độ kết tinh lại, chúng trở nên bền hơn và cứng hơn nhưng kém dẻo và dai hơn. Còn được gọi là làm cứng nguội. Trong quá trình biến dạng dẻo, các đứt gãy vướng víu, các hạt kéo dài, gãy và trở thành dạng sợi. Căng thẳng dư được đưa vào. Mức độ đông cứng thường được đo bằng tỷ lệ độ cứng bề mặt trước và sau khi biến dạng và độ sâu của lớp cứng.
Giải thích lý thuyết trật khớp
Các sai lệch giao nhau và tạo thành bước-giống như chướng ngại vật đối với chuyển động.
Trật khớp phản ứng tạo thành trật khớp bất động gây cản trở chuyển động.
Sự nhân lên của trật khớp làm tăng mật độ, cản trở sự di chuyển hơn nữa.
Nhược điểm
Việc làm cứng làm phức tạp quá trình xử lý tiếp theo. Ví dụ: thép cán nguội-ngày càng trở nên cứng và không thể gia công được, cần phải ủ trung gian để làm mềm. Trong gia công, việc làm cứng bề mặt làm tăng lực cắt và độ mòn dụng cụ.
Những lợi ích
Cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn của kim loại, đặc biệt đối với kim loại nguyên chất và hợp kim không thể được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt (ví dụ: dây cường độ cao-kéo-lạnh, lò xo cán nguội-, đường ray xe tăng, hàm máy nghiền, công tắc đường sắt).
Ứng dụng trong Kỹ thuật Cơ khí
Kéo nguội, cán và phun bi làm tăng đáng kể độ bền bề mặt của vật liệu và linh kiện.
Biến dạng dẻo cục bộ dưới ứng suất có thể được hạn chế do quá trình làm cứng, cải thiện độ an toàn của bộ phận.
Khi dập, các vùng cứng sẽ biến dạng trực tiếp đến các vùng mềm hơn, cho phép biến dạng đồng đều trên các mặt cắt.
Nâng cao khả năng gia công của thép cacbon thấp-bằng cách làm cho phoi dễ dàng tách ra hơn. Tuy nhiên, nó làm tăng mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình gia công tiếp theo và độ mòn dụng cụ trong gia công.
03. Tăng cường sàng lọc ngũ cốc
Sự định nghĩa
Tăng cường sàng lọc hạt cải thiện tính chất cơ học bằng cách giảm kích thước hạt.
Nguyên tắc
Kim loại là đa tinh thể. Các hạt nhỏ hơn (tức là nhiều hạt hơn trên một đơn vị thể tích) dẫn đến độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dẻo dai cao hơn. Các hạt mịn hơn phân bố biến dạng đồng đều hơn, giảm sự tập trung ứng suất và cản trở sự lan truyền vết nứt. Vì vậy, việc tinh chế ngũ cốc giúp tăng cường sức mạnh.
Các hiệu ứng
Các hạt mịn hơn làm giảm áp lực -tăng lên do trật khớp, tăng cường độ bền.
Theo mối quan hệ Hall-Petch, kích thước hạt ddd nhỏ hơn dẫn đến cường độ năng suất cao hơn.
Phương pháp tinh chế ngũ cốc
Tăng khả năng làm mát dưới mức.
Điều trị tiêm chủng.
Rung và khuấy trong quá trình đông đặc.
Đối với kim loại biến dạng nguội-: kiểm soát mức độ biến dạng và nhiệt độ ủ.
04. Tăng cường giai đoạn thứ hai
Sự định nghĩa
Trong các hợp kim nhiều pha, ngoài pha ma trận còn tồn tại pha thứ hai. Khi các hạt pha thứ hai-được phân tán mịn được phân bố đồng đều trong ma trận, chúng sẽ tăng cường đáng kể cho hợp kim. Đây được gọi là tăng cường-giai đoạn thứ hai.
Các loại
Từ góc độ chuyển động lệch vị trí, các hạt ở pha thứ hai{0}}được phân loại thành:
Các hạt không{0}}có thể biến dạng: tăng cường thông qua cơ chế bỏ qua (cơ chế Orowan).
Các hạt biến dạng: tăng cường thông qua cơ chế cắt.
Tăng cường phân tán và làm cứng kết tủa là các hình thức cụ thể của quá trình tăng cường pha thứ hai.
Các hiệu ứng
Các hạt ở pha thứ hai{0}}tương tác với sự lệch vị trí, cản trở chuyển động của chúng và tăng khả năng chống biến dạng của hợp kim.
Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sức mạnh
Thành phần, cấu trúc vi mô và trạng thái bề mặt của hợp kim.
Điều kiện tải: tốc độ, chế độ (độ bền kéo so với chu kỳ).
Hình dạng mẫu và môi trường thử nghiệm (ví dụ: độ giòn do hydro có thể làm giảm đáng kể độ bền).
Tóm tắt các phương pháp tiếp cận tăng cường
Hai con đường chính để tăng cường kim loại:
Tăng lực liên kết nguyên tử và tạo ra các tinh thể-không khuyết tật (ví dụ: râu).
Đưa vào các khuyết tật (sự lệch vị trí, nguyên tử chất tan, ranh giới hạt, v.v.) để cản trở chuyển động lệch vị trí - đã được chứng minh là phương pháp hiệu quả nhất.
Vật liệu kỹ thuật thường dựa vào sự kết hợp của các cơ chế tăng cường để đạt được hiệu suất tối ưu.
