Opredelitev
Ko material popusti, se pojav, pri katerem se njegova trdnost in trdota povečata, medtem ko se njegova plastičnost in žilavost z večanjem stopnje deformacije zmanjšata, imenuje deformacijsko utrjevanje ali delovno utrjevanje.
02
Mehanizem
Ko plastična deformacija napreduje, se gostota dislokacij povečuje, kar povzroča bolj zapletene interakcije med dislokacijami med gibanjem. Posledica tega je nastanek fiksnih stopnic in dislokacijskih zapletov, ki povečajo odpornost na gibanje dislokacij, povečajo odpornost proti deformaciji in otežijo nadaljnjo plastično deformacijo, s čimer se poveča trdnost kovine.
Fizični vzorec: Ko se stopnja deformacije poveča, se trdnost in trdota materiala povečata, medtem ko se njegova plastičnost in žilavost zmanjšata. Gostota dislokacij se še naprej povečuje. Po formuli in sliki je trdnost sorazmerna s kvadratom gostote dislokacij ρ. Večji kot je Burgersov vektor b dislokacij, pomembnejši je učinek krepitve.
03
Metode
Hladna deformacija, kot je hladno stiskanje, valjanje in drobljenje.
04
Primer
Hladno vlečena jeklena žica lahko eksponentno poveča svojo trdnost.
05
Praktični pomen deformacijskega utrjevanja (prednosti in slabosti)
(1) Prednosti:
① Deformacijsko utrjevanje je učinkovita metoda za krepitev kovin. Za nekatere materiale, ki jih ni mogoče utrditi s toplotno obdelavo, lahko za povečanje trdnosti materiala uporabimo deformacijsko utrjevanje, kar lahko eksponentno poveča trdnost.
② Je pomemben dejavnik pri obdelavi in oblikovanju nekaterih obdelovancev ali poli-izdelkov. Omogoča enakomerno deformacijo kovine, kar omogoča oblikovanje obdelovancev ali poli-izdelkov, kot je hladno-vlečena jeklena žica in vtiskovanje delov.
③ Ojačitev zaradi deformacije lahko izboljša tudi varnost delov ali komponent med uporabo. Ko pride do koncentracije napetosti ali preobremenitve na določenih delih delov, na tem delu pride do plastične deformacije. Zaradi delovnega utrjevanja se deformacija preobremenjenega dela ustavi, s čimer se izboljša varnost.
(2) Slabosti:
① Deformacijsko utrjevanje povzroča tudi težave pri proizvodnji in uporabi materialov. Deformacija poveča trdnost in zmanjša plastičnost, kar oteži nadaljevanje deformacije in zahteva večjo porabo energije.
② Da bi omogočili nadaljnje deformiranje materiala, je potrebno rekristalizacijsko žarjenje na sredini, tako da se lahko material še naprej deformira brez razpok, kar poveča proizvodne stroške.
Slika
Slika
II. Krepitev trdne raztopine
Slika
01
Opredelitev
Pojav, da trdnost in trdota trdne raztopine naraščata, medtem ko se plastičnost in žilavost zmanjšujeta z večanjem vsebnosti atomov topljenca, imenujemo utrjevanje trdne raztopine.
02
Mehanizem
(1) Raztapljanje atomov topljenca popači mrežo trdne raztopine, kar ovira gibanje dislokacij na drsni ravnini.
(2) Coriolisov plin, ki ga tvorijo atomi topljenca, ločeni na dislokacijski liniji, pripne dislokacijo in poveča odpornost proti gibanju dislokacije.
(3) Ločevanje atomov topljenca v območju napake zlaganja ovira gibanje razširjenih dislokacij. Vsi dejavniki, ki ovirajo gibanje izpaha in povečajo odpornost na gibanje izpaha, lahko povečajo moč.
03
Zakon
①Znotraj območja topnosti trdne raztopine je večji kot je masni delež legirnega elementa, večji je učinek krepitve
②Večja kot je razlika v velikosti med atomi topljenca in atomi topila, pomembnejši je učinek krepitve.
③ Ojačitveni učinek topljencev, ki tvorijo intersticijske trdne raztopine, je večji kot učinek elementov, ki tvorijo nadomestne trdne raztopine.
④ Večja kot je razlika v številu valenčnih elektronov med atomi topljenca in topila, večji je učinek krepitve.
04
Metode
Legiranje, to je dodajanje legirnih elementov.
05
Primer
Trdnost zlitin bakra-niklja je večja od trdnosti čistega bakra in niklja.
Slika
Slika
III. Rafinacija zrn Krepitev
Slika
01
Opredelitev
Ojačitev zrnatosti je pojav, pri katerem se trdnost in trdota materiala povečata, medtem ko se z zmanjšanjem velikosti zrn izboljšata njegova plastičnost in žilavost.
02
Mehanizem
Načelo tega učinka je upočasnitev zdrsa dislokacij z mejami zrn. V polikristalnih materialih mora gibanje dislokacij premagati upor meja zrn. To je zato, ker imajo dislokacije na obeh straneh meje zrn različne orientacije. Zato v danem zrnu drsna dislokacija ne more neposredno prečkati meje zrna v sosednje zrno. Šele ko se na meji zrn nabere veliko število dislokacij, ki povzročajo koncentracijo napetosti, se lahko spodbudi gibanje obstoječih dislokacij v sosednjih zrnih, da povzroči zdrs. Zato, bolj drobna kot so zrna, večja je trdnost materiala.
03
Pravilo
Bolj drobna kot so zrna, večja je mejna površina zrn. V skladu s Hall-Pageovo enačbo, manjši kot je povprečni premer zrn d, večja je meja tečenja materiala σs.
04
Metode prečiščevanja zrn
① Med postopkom kristalizacije je mogoče izboljšanje zrn doseči s povečanjem stopnje podhlajevanja, izvajanjem modifikacije, vibriranjem in mešanjem za povečanje stopnje nukleacije.
② Pri hladno{0}}deformiranih kovinah je mogoče izboljšanje zrna doseči z nadzorom stopnje deformacije in temperature žarjenja.
③ Rafiniranje zrn je mogoče doseči s toplotno obdelavo, kot sta normalizacija in žarjenje.
④ Jeklu je mogoče dodati legirne elemente, da tvorijo nove faze in s tem zavirajo rast zrn.
Slika
Slika
IV. Druga faza krepitve
Slika
01
Opredelitev
Prisotnost ene ali več dodatnih faz znotraj kovinske matrice poveča trdnost kovine. Glede na postopek, ki se uporablja za pridobitev druge faze, lahko drugofazno utrjevanje kategoriziramo na naslednji način: ① Precipitacijsko utrjevanje: pridobivanje druge faze s toplotno obdelavo s fazno transformacijo. ② Disperzijsko utrjevanje: pridobivanje druge faze s sintranjem prahu ali notranjo oksidacijo.
02
Mehanizem
Med gibanjem dislokacij dislokacije naletijo na sekundarno fazo in jo morajo obiti ali prerezati. Ta sekundarna faza ovira gibanje dislokacij in tako poveča trdnost materiala.
03
Primer
Prisotnost cementita v jeklu poveča njegovo trdnost.
