Verformungsverstärkung (oder Spannungsverstärkung, Kaltverfestigung)
Definition
Nachdem das Material nachgibt und mit zunehmendem Verformungsgrad die Festigkeit und Härte des Materials zunimmt und die Plastizität und Zähigkeit abnimmt, wird dieses Phänomen als Verformungsverstärkung oder Kaltverfestigung bezeichnet.
Mechanismus
Mit der plastischen Verformung nimmt die Versetzungsdichte weiter zu, so dass sich die gegenseitige Querschneidebewegung der Versetzung intensiviert, was zu einer festen Schnittstufe, einer Versetzungsverschränkung und anderen Hindernissen führt, die der Versetzungsbewegung einen größeren Widerstand entgegensetzen. Durch die Fortsetzung der plastischen Verformung wird es schwierig, die Festigkeit des Metalls zu verbessern: Der Grad der Verformung nimmt zu, die Festigkeit des Materials nimmt zu, die Härte steigt, die Plastizität nimmt ab, die Zähigkeit nimmt ab, die Versetzungsdichte nimmt weiter zu Gemäß dem Formelbild ist ersichtlich, dass die Stärke und Versetzungsdichte ρ eine halbe Potenz proportional zur Versetzung ist. Je größer der Berthold-Vektor b ist, desto signifikanter ist der Verstärkungseffekt.
Methoden
Kaltverformung, z. B. Kaltpressen, Taumeln, Kugelstrahlen usw.
Beispiel
Kaltziehen von Stahldraht erhöht seine Festigkeit exponentiell.
Praktische Bedeutung der Verformungsverstärkung (Vor- und Nachteile)
(1) Vorteile:
① Verformungsverstärkung ist eine wirksame Methode zur Verstärkung des Metalls. Bei einigen Materialien, die nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden können, können Sie die Verformungsverstärkungsmethode verwenden, um die Festigkeit des Materials zu verbessern, wodurch die Festigkeit exponentiell erhöht werden kann.
② ist ein wichtiger Faktor bei der Verarbeitung und Formung bestimmter Werkstücke oder Halbzeuge, so dass die gleichmäßige Verformung des Metalls, so dass das Formen von Werkstücken oder Halbzeugen möglich ist, wie z. B. kaltgezogener Stahldraht, Teile davon das Stanzformen.
③ Durch die Verformungsverstärkung kann auch die Sicherheit von Teilen oder Komponenten während des Gebrauchsprozesses verbessert werden. Einige Teile der Teile unterliegen Spannungskonzentrationen oder Überlastungsphänomenen, so dass die plastische Verformung des Ortes aufgrund der Verhärtung der Verformung der überlasteten Teile erfolgt zu stoppen und so die Sicherheit zu verbessern.
(2) Nachteile
①Verstärkung durch Verformung führt auch zu Problemen bei der Herstellung und Verwendung von Materialien. Durch Verformung erhöht sich die Festigkeit, die Plastizität nimmt ab und eine weitere Verformung bringt Schwierigkeiten mit sich, sodass mehr Energie verbraucht werden muss.
(2) Damit sich das Material weiter verformen kann, muss in der Mitte ein Rekristallisationsglühen durchgeführt werden, damit sich das Material ohne Rissbildung weiter verformen kann, was die Produktionskosten erhöht.
Stärkung der festen Lösung
Definition
Mit der Zunahme des Gehalts an gelösten Atomen nimmt die Festigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit der festen Lösung zu, und es kommt zu einem Phänomen, das als Festigung der festen Lösung bezeichnet wird.
Mechanismus
(1) Die gelösten Atome lösen sich auf, so dass die Gitterverzerrung der festen Lösung auf der Gleitoberfläche die Bewegung der Versetzung behindert.
(2) Die Versetzungslinie der Agglomeration gelöster Atome der Kirchner-Gasgruppe bildete sich auf der Versetzung des Pinning-Effekts und erhöhte den Widerstand gegen die Versetzungsbewegung.
(3) Die Polarisation gelöster Atome im laminaren Versetzungsbereich behindert die Bewegung ausgedehnter Versetzungen. Alle Faktoren, die die Luxationsbewegung behindern und den Widerstand gegen die Luxationsbewegung erhöhen, können zu einer erhöhten Kraft führen.
Gesetze
(i) Im Löslichkeitsbereich einer festen Lösung ist die Verstärkungswirkung umso größer, je größer der Massenanteil der Legierungselemente ist
② Je größer der Größenunterschied zwischen gelösten Atomen und Lösungsmittelatomen ist, desto signifikanter ist der verstärkende Effekt.
③ Die Bildung einer interstitiellen festen Lösung der gelösten Elemente mit verstärkender Wirkung ist größer als die Bildung von Ersatz-Mischkristallelementen
④ Je größer der Unterschied zwischen der Anzahl der Valenzelektronen zwischen gelösten Atomen und Lösungsmittelatomen ist, desto größer ist der verstärkende Effekt.
Methoden
Legieren, also das Hinzufügen von Legierungselementen
Beispiel
Die Festigkeit einer Kupfer-Nickel-Legierung ist höher als die des reinen Metalls Kupfer und Nickel.
Feinkornverstärkung
Definition
Mit der Verringerung der Korngröße nimmt die Festigkeit und Härte des Materials zu und auch die Plastizität und Zähigkeit werden verbessert, ein Phänomen, das als Feinkornverfestigung bezeichnet wird.
Mechanismus
Das Prinzip liegt in der blockierenden Wirkung von Korngrenzen auf den Versetzungsschlupf. Bei polykristallinen Versetzungen muss die Bewegung der Versetzungen den Widerstand der Korngrenze überwinden. Dies liegt daran, dass die Ausrichtung der Versetzungen auf beiden Seiten der Korngrenze unterschiedlich ist, sodass in einem Korn Gleitversetzungen nicht direkt über die Korngrenze hinweg in die Korngrenze gelangen können Benachbarte Körner sind nur an der Korngrenze mit einer großen Anzahl von Versetzungen verstopft, die durch Spannungskonzentration verursacht werden, um die Bewegung der Versetzungen in den benachbarten Körnern zu stimulieren, die einen Schlupf erzeugt haben. Je feiner die Körnung ist, desto höher ist die Festigkeit des Materials.
Gesetz
Je feiner das Korn, desto größer die Korngrenzenfläche, je kleiner der durchschnittliche Korndurchmesser d, desto höher ist die Streckgrenze des Materials σs
Methoden der Kornverfeinerung
①Der Kristallisationsprozess kann durch Erhöhen des Unterkühlungsgrads, metamorphe Behandlung, Vibration und Rühren beschleunigt werden, um die Keimbildungsrate zu erhöhen und das Korn zu verfeinern.
② Für die Kaltverformung des Metalls kann der Verformungsgrad und die Glühtemperatur zur Verfeinerung des Korns gesteuert werden.
③ kann eine normalisierte, geglühte Wärmebehandlungsmethode sein, um das Korn zu verfeinern;
④ Dem Stahl können Legierungselemente zugesetzt werden, die die Bildung neuer Phasen hemmen, um das Kornwachstum zu hemmen.
Zweite Phase der Stärkung
Definition
In der Metallmatrix gibt es noch eine oder mehrere andere Phasen, wobei das Vorhandensein dieser Phasen die Festigkeit des Metalls verbessert. Aufgrund der unterschiedlichen Verfahren zur Gewinnung der zweiten Phase wird die Zweitphasenverfestigung unterteilt in: ① Präzipitationsverfestigung: Erlangung der zweiten Phase durch Phasenwechsel-Wärmebehandlung ② Dispersive Verfestigung: Erlangung der zweiten Phase durch Pulversintern oder innere Oxidation.
Mechanismus
Versetzungen treffen während ihrer Bewegung auf die zweite Phase und müssen die zweite Phase umgehen oder durchschneiden, sodass die zweite Phase die Bewegung der Versetzungen behindert, was zu einer Erhöhung der Festigkeit des Materials führt.
Beispiel
Das Vorhandensein von Aufkohlungsmitteln im Stahl führt zu einer Erhöhung der Festigkeit des Stahls.
