После того, как материал поддается текучести, явление, при котором его прочность и твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость уменьшаются с увеличением деформации, называется деформационным упрочнением или деформационным упрочнением.
02
Механизм
По мере развития пластической деформации плотность дислокаций непрерывно увеличивается. Поэтому пересечение дислокаций при движении усиливается, что приводит к фиксированным сколам, запутываниям дислокаций и другим препятствиям. Это увеличивает сопротивление движению дислокаций, что приводит к увеличению сопротивления деформации и затрудняет дальнейшую пластическую деформацию, тем самым увеличивая прочность металла.
Правило: С увеличением степени деформации прочность и твердость материала возрастают, а пластичность и вязкость уменьшаются. Плотность дислокаций непрерывно возрастает. Согласно формуле-схеме, прочность прямо пропорциональна первой степени плотности дислокаций ρ. Чем больше вектор Бюргерса b дислокаций, тем значительнее эффект упрочнения.
03
Методы
Холодная деформация, такая как холодное прессование, прокатка, дробеструйная обработка и т. д.
04
Пример
Холоднотянутая-стальная проволока может увеличить ее прочность в несколько раз.
05
Практическое значение деформационного упрочнения (достоинства и недостатки)
(1) Преимущества:
① Деформационное упрочнение — эффективный метод упрочнения металлов. Для материалов, которые не поддаются упрочнению термической обработкой, деформационное упрочнение позволяет повысить их прочность в несколько раз.
② Это важный фактор при формовании определенных заготовок или полуфабрикатов-, обеспечивающий равномерную деформацию металла и делающий возможным формование заготовок или полуфабрикатов-, таких как холоднотянутая-стальная проволока и штамповка деталей.
③ Усиление деформации также может повысить безопасность деталей или компонентов во время использования. Когда в определенных частях детали возникает концентрация напряжений или перегрузка, в этом месте возникает пластическая деформация. За счет наклепа прекращается деформация перегруженной детали, что повышает безопасность.
(2) Недостатки:
① Усиление деформации также создает проблемы при производстве и использовании материалов. Деформация увеличивает прочность, но снижает пластичность, что затрудняет дальнейшую деформацию и требует большей мощности.
② Чтобы материал продолжал деформироваться, между ними требуется рекристаллизационный отжиг, чтобы позволить материалу продолжать деформироваться без растрескивания, что увеличивает производственные затраты. Изображение Изображение II. Упрочнение твердого раствора Изображение 01 Определение Упрочнение твердого раствора — это явление, при котором прочность и твердость твердого раствора увеличиваются, а его пластичность и ударная вязкость уменьшаются с увеличением содержания атомов растворенного вещества.. 02 Механизм (1) Растворение атомов растворенного вещества искажает кристаллическую решетку твердого раствора, препятствуя движению дислокаций по поверхностям скольжения. (2) Атмосфера Котийяр, образованная атомами растворенного вещества, сегрегирующими на дислокационных линиях, закрепляет дислокации, увеличивая сопротивление движению дислокаций. 3. Сегрегация атомов растворенного вещества в областях дефектов упаковки препятствует движению протяженных дислокаций. Все факторы, препятствующие движению дислокаций и увеличивающие сопротивление движению дислокаций, могут повысить прочность.. 03 Правила ① В пределах растворимости твердого раствора, чем больше массовая доля легирующего элемента, тем больше эффект упрочнения. ② Чем больше разница в размерах между атомами растворенного вещества и атомами растворителя, тем значительнее эффект усиления. ③ Укрепляющий эффект растворенных элементов, образующих твердые растворы внедрения, больше, чем у элементов, образующих твердые растворы замещения.
④ Чем больше разница в количестве валентных электронов между атомами растворенного вещества и атомами растворителя, тем больше эффект усиления.
04
Метод
Легирование, т. е. добавление легирующих элементов.
05
Пример
Прочность медно-никелевых сплавов выше, чем у чистых металлов меди и никеля.
Изображение Изображение
III. Усиление переработки зерна
Изображение 01
Определение
Явление, заключающееся в том, что прочность, твердость, пластичность и ударная вязкость материала увеличиваются с уменьшением размера зерна, называется упрочнением измельчения зерна.
02
Механизм
Принцип заключается в тормозящем влиянии границ зерен на скольжение дислокаций. Для поликристаллических материалов движение дислокаций должно преодолевать сопротивление границ зерен. Это связано с тем, что ориентации дислокаций по обе стороны границы зерна различны. Следовательно, в определенном зерне скользящая дислокация не может напрямую пересечь границу зерна в соседнее зерно. Только после того, как на границе зерна накопится большое количество дислокаций, вызывающих концентрацию напряжений, можно стимулировать движение существующих дислокаций в соседних зернах, вызывая скольжение. Следовательно, чем мельче размер зерна, тем выше прочность материала.
03
Правило
Более мелкие зерна приводят к увеличению площади границ зерен. Согласно формуле Холла-Пейджа, чем меньше средний диаметр зерна d, тем выше предел текучести σs материала.
04
Методы очистки зерна
① Во время кристаллизации зерна можно измельчить за счет увеличения переохлаждения, модификационной обработки, вибрации и перемешивания для увеличения скорости зародышеобразования.
② Для холодно-деформированных металлов зерна можно измельчить, контролируя степень деформации и температуру отжига.
③ Зерна можно измельчить путем нормализации и термической обработки отжигом.
④ В сталь можно добавлять легирующие элементы для образования новых фаз, тем самым подавляя рост зерна.
Изображение Изображение
IV. Второй этап усиления
Изображение 01
Определение
Наличие одной или нескольких других фаз в металлической матрице увеличивает прочность металла. В зависимости от процесса получения второй фазы упрочнение второй фазы подразделяется на: ① Дисперсионное упрочнение: получение второй фазы путем термообработки с фазовым превращением; ② Дисперсионное упрочнение: получение второй фазы путем спекания порошка или внутреннего окисления.
02
Механизм
Когда дислокация во время своего движения сталкивается со второй фазой, ей необходимо обойти или прорезать вторую фазу. Таким образом, вторая фаза препятствует движению дислокации, тем самым увеличивая прочность материала.
03
Пример
Наличие цементита в стали повышает ее прочность.
