Definition
Efter at et materiale giver efter, kaldes det fænomen, hvor dets styrke og hårdhed øges, mens dets plasticitet og sejhed falder, når graden af deformation øges, deformationshærdning eller arbejdshærdning.
02
Mekanisme
Efterhånden som plastisk deformation skrider frem, øges dislokationstætheden, hvilket forårsager mere indviklede interaktioner mellem dislokationer under bevægelse. Dette resulterer i dannelsen af faste trin og dislokationsfiltre, som øger modstanden mod dislokationsbevægelser, øger deformationsmodstanden og vanskeliggør yderligere plastisk deformation, hvorved metallets styrke øges.
Fysisk mønster: Når graden af deformation stiger, øges materialets styrke og hårdhed, mens dets plasticitet og sejhed falder. Dislokationstætheden fortsætter med at stige. Ifølge formlen og figuren er styrken proportional med kvadratet af dislokationstætheden ρ. Jo større Burgers-vektoren b af dislokationerne er, desto mere signifikant er den forstærkende effekt.
03
Metoder
Kolde deformationer, såsom koldpresning, valsning og skudblæsning.
04
Eksempel
Koldtrækning af ståltråd kan øge dens styrke eksponentielt.
05
Den praktiske betydning af deformationsforstærkning (fordele og ulemper)
(1) Fordele:
① Deformationsforstærkning er en effektiv metode til at styrke metaller. For nogle materialer, der ikke kan forstærkes ved varmebehandling, kan deformationsforstærkning bruges til at øge materialets styrke, hvilket kan øge styrken eksponentielt.
② Det er en vigtig faktor i forarbejdningen og formningen af visse emner eller halvfabrikata-. Det gør metallet deformeret jævnt, hvilket gør dannelsen af arbejdsemner eller halvfabrikata mulig, såsom koldt-trukne ståltråd og stempling af dele.
③ Deformationsforstærkning kan også forbedre sikkerheden af dele eller komponenter under brug. Når spændingskoncentration eller overbelastning forekommer i visse dele af delene, sker der plastisk deformation på den del. På grund af arbejdshærdning stopper deformationen af den overbelastede del, hvilket forbedrer sikkerheden.
(2) Ulemper:
① Deformationsforstærkning giver også problemer med produktion og brug af materialer. Deformation øger styrken og reducerer plasticiteten, hvilket gør det vanskeligt at fortsætte deformationen og kræver mere strømforbrug.
② For at tillade materialet at fortsætte med at deformere, kræves omkrystallisationsudglødning i midten, så materialet kan fortsætte med at deformere uden at revne, hvilket øger produktionsomkostningerne.
Billede
Billede
II. Solid opløsning styrkelse
Billede
01
Definition
Fænomenet, at styrken og hårdheden af den faste opløsning øges, mens plasticiteten og sejheden falder med stigningen i indholdet af opløste atomer, kaldes forstærkning af fast opløsning.
02
Mekanisme
(1) Opløsningen af opløste atomer forvrænger gitteret af den faste opløsning, hvilket har en obstruktiv effekt på bevægelsen af dislokationer på glideplanet.
(2) Coriolis-gassen dannet af de opløste atomer adskilt på dislokationslinjen fastholder dislokationen og øger modstanden mod dislokationsbevægelse.
(3) Adskillelsen af opløste atomer i stablingsforkastningsområdet hindrer bevægelsen af udvidede dislokationer. Alle faktorer, der hindrer dislokationsbevægelse og øger modstanden mod dislokationsbevægelser, kan øge styrken.
03
Lov
① Inden for det faste opløsnings opløselighedsområde, jo større massefraktionen af legeringselementet er, jo større er styrkende virkning
②Jo større størrelsesforskellen mellem de opløste atomer og opløsningsmiddelatomerne er, desto mere signifikant er den styrkende effekt.
③ Den styrkende virkning af opløste elementer, der danner interstitielle faste opløsninger, er større end den af elementer, der danner substituerende faste opløsninger.
④ Jo større forskellen er i antallet af valenselektroner mellem opløste atomer og opløsningsmiddelatomer, jo større forstærkningseffekt.
04
Metoder
Legering, dvs. tilsætning af legeringselementer.
05
Eksempel
Styrken af kobber-nikkellegeringer er større end for rent kobber og nikkel.
Billede
Billede
III. Styrkelse af kornforfining
Billede
01
Definition
Kornforfiningsforstærkning er det fænomen, hvor styrken og hårdheden af et materiale øges, mens dets plasticitet og sejhed også forbedres, når kornstørrelsen falder.
02
Mekanisme
Princippet bag denne effekt er retardering af dislokationsglidning ved korngrænser. I polykrystallinske materialer skal dislokationsbevægelser overvinde modstanden af korngrænser. Dette skyldes, at dislokationerne på hver side af en korngrænse har forskellige orienteringer. Derfor kan en glidende dislokation i et givet korn ikke direkte krydse korngrænsen ind i et tilstødende korn. Kun når et stort antal dislokationer akkumuleres ved korngrænsen, hvilket forårsager spændingskoncentration, kan bevægelsen af eksisterende dislokationer i tilstødende korn stimuleres til at forårsage slip. Derfor, jo finere korn, desto højere er materialets styrke.
03
Herske
Jo finere korn, jo større korngrænseareal. Ifølge Hall-Page-ligningen, jo mindre den gennemsnitlige korndiameter d er, jo højere er materialets flydespænding σs.
04
Metoder til kornforfining
① Under krystallisationsprocessen kan kornforfining opnås ved at øge graden af underafkøling, udføre modifikation, vibrering og omrøring for at øge nukleationshastigheden.
② For kold-deformerede metaller kan kornforfining opnås ved at kontrollere graden af deformation og udglødningstemperatur.
③ Kornforfining kan opnås gennem varmebehandlinger såsom normalisering og udglødning.
④ Legeringselementer kan tilføjes til stål for at danne nye faser og derved hæmme kornvækst.
Billede
Billede
IV. Anden fase styrkelse
Billede
01
Definition
Tilstedeværelsen af en eller flere yderligere faser i metalmatrixen øger metallets styrke. Afhængigt af den anvendte proces til at opnå anden fase, kan anden fase forstærkning kategoriseres som følger: ① Udfældningsforstærkning: opnåelse af anden fase gennem fasetransformation varmebehandling. ② Dispersionsstyrkelse: opnåelse af anden fase gennem pulversintring eller intern oxidation.
02
Mekanisme
Under dislokationsbevægelse støder dislokationer på en sekundær fase og skal forbigå eller skære igennem den. Denne sekundære fase forhindrer dislokationsbevægelse, hvilket øger materialets styrke.
03
Eksempel
Tilstedeværelsen af cementit i stål øger dets styrke.
