1. Fortalecimiento por deformación (o fortalecimiento por deformación, endurecimiento por trabajo)
Definición
Después de que el material cede, a medida que aumenta el grado de deformación, aumenta la resistencia y la dureza del material, y el fenómeno de disminución de la plasticidad y la tenacidad se denomina fortalecimiento por deformación o endurecimiento por trabajo.
Mecanismo
A medida que avanza la deformación plástica, la densidad de dislocaciones aumenta continuamente, por lo que la entrega mutua de dislocaciones se intensifica durante el movimiento, lo que genera obstáculos como escalones fijos y enredos de dislocaciones, que aumentan la resistencia del movimiento de dislocaciones y causan deformación. El aumento de la resistencia dificultará la continuación de la deformación plástica, mejorando así la resistencia del metal: el grado de deformación aumenta, la resistencia y la dureza del material aumentan, la plasticidad y la dureza disminuyen y la densidad de dislocaciones continúa aumentando. De acuerdo con la imagen de la fórmula, la fuerza y la densidad de dislocación se pueden conocer ρ es proporcional a la mitad de la potencia, cuanto mayor sea el vector Burgers b de la dislocación, más significativo será el efecto de fortalecimiento.
Método
Deformación en frío, como prensado en frío, laminado, granallado, etc.
Ejemplo
El alambre de acero estirado en frío puede duplicar su fuerza.
La importancia práctica del refuerzo por deformación (ventajas y desventajas)
(1) Beneficios:
①El fortalecimiento de la deformación es un método efectivo para fortalecer los metales. Para algunos materiales que no se pueden fortalecer mediante tratamiento térmico, se puede usar el fortalecimiento por deformación para aumentar la resistencia del material, lo que puede duplicar la resistencia.
②Es un factor importante en el procesamiento y formación de algunas piezas de trabajo o productos semiacabados, lo que hace que el metal se deforme uniformemente y hace posible la formación de piezas de trabajo o productos semiacabados, como alambre de acero estirado en frío y estampado de piezas.
③El fortalecimiento de la deformación también puede mejorar la seguridad de las piezas o componentes durante el uso. Cuando la concentración de tensión o la sobrecarga ocurren en ciertas partes de la pieza, se producirá una deformación plástica en ese lugar y la deformación de la parte sobrecargada se detendrá debido al endurecimiento por trabajo, lo que mejorará la seguridad. sexo.
(2) Desventajas:
①El fortalecimiento de la deformación también trae problemas a la producción y uso de materiales. La deformación aumenta la resistencia y reduce la plasticidad, lo que dificulta la continuación de la deformación y requiere un mayor consumo de energía.
②Para permitir que el material continúe deformándose, se requiere un recocido de recristalización en el medio, para que el material pueda continuar deformándose sin agrietarse, lo que aumenta el costo de producción.
2. Fortalecimiento de solución sólida
Definición
Con el aumento del contenido de átomos de soluto, la resistencia y la dureza de la solución sólida aumentan, y el fenómeno de disminución de la plasticidad y la dureza se denomina fortalecimiento de la solución sólida.
Mecanismo
(1) La disolución de los átomos de soluto distorsiona la red de la solución sólida y dificulta el movimiento de las dislocaciones en el plano de deslizamiento.
(2) La masa de aire de Coriolis formada por los átomos de soluto segregados en la línea de dislocación puede fijar la dislocación y aumentar la resistencia del movimiento de dislocación.
(3) La segregación de átomos de soluto en la región de falla de apilamiento dificulta el movimiento de dislocaciones extendidas. Todos los factores que dificultan el movimiento de dislocaciones y aumentan la resistencia del movimiento de dislocación pueden aumentar la fuerza.
ley
①En el rango de solubilidad de la solución sólida, cuanto mayor sea la fracción de masa de los elementos de aleación, mayor será el efecto de fortalecimiento
②Cuanto mayor sea la diferencia de tamaño entre los átomos de soluto y los átomos de solvente, más significativo será el efecto de fortalecimiento.
③El efecto fortalecedor de los elementos solutos que forman soluciones sólidas intersticiales es mayor que el de los elementos que forman soluciones sólidas de reemplazo
④Cuanto mayor sea la diferencia en el número de electrones de valencia entre los átomos de soluto y los átomos de solvente, mayor será el efecto de fortalecimiento.
Método
Alear, es decir, añadir elementos de aleación.
Ejemplo
La resistencia de las aleaciones de cobre y níquel es mayor que la de los metales puros de cobre y níquel.
3. Fortalecimiento de grano fino
Definición
Con la disminución del tamaño del grano, la resistencia y la dureza del material aumentan, y el fenómeno de que la plasticidad y la tenacidad también mejoran se denomina fortalecimiento de grano fino.
Mecanismo
El principio radica en el efecto de bloqueo de los límites de grano sobre el deslizamiento de la dislocación. Para policristales, el movimiento de dislocaciones debe vencer la resistencia de los límites de grano. Esto se debe a que las orientaciones de las dislocaciones en ambos lados de los límites de grano son diferentes, por lo que en un determinado grano, las dislocaciones deslizadas no pueden cruzar directamente el límite de grano y entrar en el límite de grano adyacente. Solo cuando un gran número de dislocaciones se empaquetan en el límite de grano y causan concentración de esfuerzos, se puede estimular el movimiento de dislocaciones existentes en granos adyacentes para generar deslizamiento. Así que cuanto más finos sean los granos, mayor será la resistencia del material.
ley
Cuanto más fino es el grano, mayor es el área del límite de grano. De acuerdo con la fórmula de Hall-Page, cuanto menor sea el diámetro promedio d del grano, mayor será el límite elástico σs del material.
El método de refinamiento de grano.
① Durante el proceso de cristalización, los granos de cristal se pueden refinar aumentando el grado de sobreenfriamiento, tratamiento de modificación, vibración y agitación para aumentar la tasa de nucleación;
② Para metales deformados en frío, los granos se pueden refinar controlando el grado de deformación y la temperatura de recocido;
③Los granos se pueden refinar mediante métodos de tratamiento térmico de normalización y recocido;
④ Se pueden agregar elementos de aleación al acero para formar una nueva fase para inhibir el crecimiento del grano.
4. La segunda fase de fortalecimiento
Definición
Hay una o varias otras fases en la matriz metálica, y la presencia de estas fases aumenta la resistencia del metal. Debido a los diferentes procesos para la obtención de la segunda fase, el refuerzo de la segunda fase se divide en ①refuerzo por precipitación: la segunda fase se obtiene mediante tratamiento térmico de cambio de fase ②refuerzo por dispersión: la segunda fase se obtiene mediante sinterización de polvo u oxidación interna.
Mecanismo
Cuando la dislocación encuentra la segunda fase durante el movimiento, necesita pasar por alto o atravesar la segunda fase, de modo que la segunda fase obstaculice el movimiento de la dislocación y mejore la resistencia del material.
Ejemplo
La presencia de cementita en el acero aumenta su resistencia del acero.
