Fortalecimento de solução sólida

1. Definição

Um fenômeno no qual os elementos de liga são dissolvidos no metal base para causar um certo grau de distorção da rede e, assim, aumentar a resistência da liga.

2. Princípio

Os átomos de soluto dissolvidos na solução sólida causam distorção da rede, o que aumenta a resistência do movimento de deslocamento, dificulta o deslizamento e aumenta a resistência e a dureza da solução sólida da liga.Esse fenômeno de fortalecimento do metal pela dissolução de um determinado elemento de soluto para formar uma solução sólida é chamado de fortalecimento de solução sólida.Quando a concentração de átomos de soluto é apropriada, a resistência e a dureza do material podem ser aumentadas, mas sua tenacidade e plasticidade diminuem.

3. Fatores de influência

Quanto maior a fração atômica dos átomos do soluto, maior o efeito de fortalecimento, especialmente quando a fração atômica é muito baixa, o efeito de fortalecimento é mais significativo.

Quanto maior a diferença entre os átomos do soluto e o tamanho atômico do metal base, maior o efeito de fortalecimento.

Os átomos de soluto intersticial têm um efeito de fortalecimento de solução sólida maior do que os átomos de substituição e, como a distorção da rede de átomos intersticiais em cristais cúbicos de corpo centrado é assimétrica, seu efeito de fortalecimento é maior do que os cristais cúbicos de face centrada;mas átomos intersticiais A solubilidade sólida é muito limitada, então o efeito de fortalecimento real também é limitado.

Quanto maior a diferença no número de elétrons de valência entre os átomos do soluto e o metal base, mais óbvio é o efeito de fortalecimento da solução sólida, ou seja, o limite de escoamento da solução sólida aumenta com o aumento da concentração de elétrons de valência.

4. O grau de fortalecimento da solução sólida depende principalmente dos seguintes fatores

A diferença de tamanho entre os átomos da matriz e os átomos do soluto.Quanto maior a diferença de tamanho, maior a interferência na estrutura cristalina original e mais difícil é o deslizamento da discordância.

A quantidade de elementos de liga.Quanto mais elementos de liga adicionados, maior o efeito de fortalecimento.Se muitos átomos forem muito grandes ou muito pequenos, a solubilidade será excedida.Isso envolve outro mecanismo de fortalecimento, o fortalecimento da fase dispersa.

Os átomos de soluto intersticial têm um efeito de fortalecimento da solução sólida maior do que os átomos de substituição.

Quanto maior a diferença no número de elétrons de valência entre os átomos do soluto e o metal base, mais significativo é o efeito de fortalecimento da solução sólida.

5. Efeito

A resistência ao escoamento, a resistência à tração e a dureza são mais fortes que os metais puros;

Na maioria dos casos, a ductilidade é menor que a do metal puro;

A condutividade é muito menor do que o metal puro;

A resistência à fluência, ou perda de resistência em altas temperaturas, pode ser melhorada pelo reforço da solução sólida.

endurecimento de trabalho

1. Definição

À medida que o grau de deformação a frio aumenta, a resistência e a dureza dos materiais metálicos aumentam, mas a plasticidade e a tenacidade diminuem.

2. Introdução

Fenômeno no qual a resistência e a dureza dos materiais metálicos aumentam quando são deformados plasticamente abaixo da temperatura de recristalização, enquanto a plasticidade e a tenacidade diminuem.Também conhecido como endurecimento por trabalho a frio.A razão é que, quando o metal é deformado plasticamente, os grãos de cristal escorregam e os deslocamentos são emaranhados, o que faz com que os grãos de cristal se alongem, quebrem e se tornem fibrosos, gerando tensões residuais no metal.O grau de encruamento é geralmente expresso pela razão entre a microdureza da camada superficial após o processamento e antes do processamento e a profundidade da camada endurecida.

3. Interpretação sob a ótica da teoria das deslocações

(1) A interseção ocorre entre as discordâncias, e os cortes resultantes impedem o movimento das discordâncias;

(2) Ocorre uma reação entre as discordâncias, e a discordância fixa formada impede o movimento da discordância;

(3) Ocorre a proliferação de discordâncias e o aumento da densidade de discordâncias aumenta ainda mais a resistência ao movimento das discordâncias.

4. Danos

O endurecimento por trabalho traz dificuldades para o processamento posterior de peças metálicas.Por exemplo, no processo de laminação a frio da placa de aço, ela se tornará cada vez mais difícil de laminar, por isso é necessário providenciar um recozimento intermediário durante o processo de processamento para eliminar seu encruamento por aquecimento.Outro exemplo é tornar a superfície da peça de trabalho quebradiça e dura no processo de corte, acelerando assim o desgaste da ferramenta e aumentando a força de corte.

5. Benefícios

Pode melhorar a força, dureza e resistência ao desgaste dos metais, especialmente para metais puros e certas ligas que não podem ser melhoradas por tratamento térmico.Por exemplo, fio de aço de alta resistência estirado a frio e mola espiralada a frio, etc., usam deformação de trabalho a frio para melhorar sua resistência e limite elástico.Outro exemplo é o uso de encruamento para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste de tanques, trilhos de trator, mandíbulas de trituradores e ramais ferroviários.

6. Papel na engenharia mecânica

Após trefilação a frio, laminação e shot peening (consulte reforço de superfície) e outros processos, a resistência superficial de materiais, peças e componentes metálicos pode ser significativamente melhorada;

Depois que as peças são tensionadas, a tensão local de certas peças geralmente excede o limite de escoamento do material, causando deformação plástica.Devido ao endurecimento do trabalho, o desenvolvimento contínuo da deformação plástica é restrito, o que pode melhorar a segurança de peças e componentes;

Quando uma peça ou componente de metal é estampado, sua deformação plástica é acompanhada de reforço, de modo que a deformação é transferida para a parte endurecida não trabalhada ao seu redor.Após tais ações alternadas repetidas, podem ser obtidas peças de estampagem a frio com deformação transversal uniforme;

Ele pode melhorar o desempenho de corte do aço de baixo carbono e facilitar a separação dos cavacos.Mas o endurecimento por trabalho também traz dificuldades para o processamento posterior de peças metálicas.Por exemplo, o fio de aço trefilado a frio consome muita energia para trefilação posterior devido ao encruamento e pode até quebrar.Portanto, deve ser recozido para eliminar o encruamento antes do estiramento.Outro exemplo é que, para tornar a superfície da peça de trabalho quebradiça e dura durante o corte, a força de corte é aumentada durante o re-corte e o desgaste da ferramenta é acelerado.

Reforço de grãos finos

1. Definição

O método de melhorar as propriedades mecânicas de materiais metálicos por meio do refino dos grãos de cristal é chamado de reforço de refino de cristal.Na indústria, a resistência do material é melhorada pelo refino dos grãos de cristal.

2. Princípio

Os metais são geralmente policristais compostos de muitos grãos de cristal.O tamanho dos grãos de cristal pode ser expresso pelo número de grãos de cristal por unidade de volume.Quanto maior o número, mais finos os grãos de cristal.Experimentos mostram que metais de grão fino à temperatura ambiente têm maior resistência, dureza, plasticidade e tenacidade do que metais de grão grosso.Isso ocorre porque os grãos finos sofrem deformação plástica sob força externa e podem ser dispersos em mais grãos, a deformação plástica é mais uniforme e a concentração de tensão é menor;além disso, quanto mais finos os grãos, maior a área de contorno de grão e os contornos de grão mais tortuosos.Quanto mais desfavorável for a propagação de trincas.Portanto, o método de melhorar a resistência do material refinando os grãos de cristal é chamado de reforço de refinamento de grão na indústria.

3. Efeito

Quanto menor o tamanho do grão, menor o número de discordâncias (n) no aglomerado de discordâncias.De acordo com τ=nτ0, quanto menor a concentração de tensões, maior a resistência do material;

A lei de fortalecimento do reforço de grão fino é que quanto mais contornos de grão, mais finos os grãos.De acordo com a relação Hall-Peiqi, quanto menor o valor médio (d) dos grãos, maior o limite de escoamento do material.

4. O método de refinamento de grãos

Aumente o grau de subresfriamento;

Tratamento de deterioração;

Vibração e agitação;

Para metais deformados a frio, os grãos de cristal podem ser refinados controlando o grau de deformação e a temperatura de recozimento.

reforço de segunda fase

1. Definição

Em comparação com as ligas monofásicas, as ligas multifásicas possuem uma segunda fase além da fase da matriz.Quando a segunda fase é distribuída uniformemente na fase da matriz com partículas finas dispersas, ela terá um efeito de fortalecimento significativo.Esse efeito de fortalecimento é chamado de fortalecimento da segunda fase.

2. Classificação

Para o movimento das discordâncias, a segunda fase contida na liga apresenta as duas situações a seguir:

(1) Reforço de partículas indeformáveis ​​(mecanismo de bypass).

(2) Reforço de partículas deformáveis ​​(mecanismo cut-through).

Tanto o fortalecimento da dispersão quanto o fortalecimento da precipitação são casos especiais de fortalecimento da segunda fase.

3. Efeito

O principal motivo do reforço da segunda fase é a interação entre elas e a discordância, o que dificulta o movimento da discordância e melhora a resistência à deformação da liga.

Resumindo

Os fatores mais importantes que afetam a resistência são a composição, estrutura e estado da superfície do próprio material;o segundo é o estado da força, como a velocidade da força, o método de carregamento, alongamento simples ou força repetida, mostrará diferentes forças;Além disso, a geometria e o tamanho da amostra e do meio de teste também têm grande influência, às vezes até decisiva.Por exemplo, a resistência à tração do aço de ultra-alta resistência em uma atmosfera de hidrogênio pode cair exponencialmente.

Existem apenas duas maneiras de fortalecer materiais metálicos.Uma delas é aumentar a força de ligação interatômica da liga, aumentar sua resistência teórica e preparar um cristal completo sem defeitos, como bigodes.Sabe-se que a força dos bigodes de ferro está próxima do valor teórico.Pode-se considerar que isso ocorre porque não há deslocamentos nos bigodes, ou apenas uma pequena quantidade de deslocamentos que não podem proliferar durante o processo de deformação.Infelizmente, quando o diâmetro do bigode é maior, a força cai drasticamente.Outra abordagem de fortalecimento é introduzir um grande número de defeitos de cristal no cristal, como deslocamentos, defeitos pontuais, átomos heterogêneos, limites de grão, partículas altamente dispersas ou não homogeneidades (como segregação), etc. Esses defeitos impedem o movimento de deslocamentos e também melhorar significativamente a resistência do metal.Os fatos provaram que esta é a maneira mais eficaz de aumentar a resistência dos metais.Para materiais de engenharia, geralmente é através de efeitos de fortalecimento abrangentes para alcançar um melhor desempenho abrangente.