Bərk məhlulun gücləndirilməsi

1. Tərif

Ərinti elementlərinin əsas metalda həll olunaraq müəyyən dərəcədə qəfəs təhrifinə səbəb olduğu və beləliklə, ərintinin möhkəmliyini artırdığı bir fenomen.

2. Prinsip

Bərk məhlulda həll olan həll olan atomlar qəfəs deformasiyasına səbəb olur ki, bu da dislokasiya hərəkətinin müqavimətini artırır, sürüşməni çətinləşdirir və ərinti bərk məhlulunun möhkəmliyini və sərtliyini artırır. Müəyyən bir həll olan elementi həll edərək bərk məhlul əmələ gətirməklə metalın möhkəmləndirilməsi fenomeni bərk məhlulun möhkəmləndirilməsi adlanır. Həll olan atomların konsentrasiyası uyğun olduqda, materialın möhkəmliyi və sərtliyi artırıla bilər, lakin onun möhkəmliyi və plastikliyi azalmışdır.

3. Təsir edən amillər

Həll olan maddə atomlarının atom fraksiyası nə qədər yüksəkdirsə, gücləndirmə təsiri bir o qədər böyükdür, xüsusən də atom fraksiyası çox aşağı olduqda, gücləndirmə təsiri daha əhəmiyyətlidir.

Həll olan maddə atomları ilə əsas metalın atom ölçüsü arasındakı fərq nə qədər böyükdürsə, möhkəmləndirmə təsiri də bir o qədər böyükdür.

Aralıq həll olan maddə atomları əvəzedici atomlara nisbətən daha çox bərk məhlulu gücləndirmə təsirinə malikdir və bədən mərkəzli kub kristallarında aralıq atomların qəfəs təhrifləri asimmetrik olduğundan, onların gücləndirmə təsiri üz mərkəzli kub kristallarından daha böyükdür; lakin aralıq atomlar Bərk həllolma qabiliyyəti çox məhduddur, buna görə də faktiki gücləndirmə təsiri də məhduddur.

Həll olan maddə atomları ilə əsas metal arasındakı valent elektronlarının sayındakı fərq nə qədər böyükdürsə, bərk məhlulun gücləndirilməsi təsiri bir o qədər aydın olur, yəni valent elektron konsentrasiyasının artması ilə bərk məhlulun axıcılıq gücü artır.

4. Bərk məhlulun möhkəmlənmə dərəcəsi əsasən aşağıdakı amillərdən asılıdır

Matris atomları və həll olan maddə atomları arasındakı ölçü fərqi. Ölçü fərqi nə qədər böyükdürsə, orijinal kristal quruluşuna müdaxilə bir o qədər böyükdür və dislokasiya sürüşməsi bir o qədər çətinləşir.

Ərinti elementlərinin miqdarı. Əlavə edilən daha çox ərintisi elementi, gücləndirmə effekti bir o qədər böyükdür. Əgər çoxlu atom çox böyük və ya çox kiçikdirsə, həllolma qabiliyyəti aşılacaq. Bu, başqa bir gücləndirmə mexanizmini, yəni dağılmış faza gücləndirməsini əhatə edir.

Aralıq məhlul atomları əvəzedici atomlara nisbətən daha böyük bərk məhlul gücləndirici təsirə malikdir.

Həll olan maddə atomları ilə əsas metal arasındakı valent elektronlarının sayındakı fərq nə qədər böyükdürsə, bərk məhlulun gücləndirilməsi təsiri bir o qədər əhəmiyyətlidir.

5. Təsir

Sıxılma gücü, dartılma gücü və sərtlik təmiz metallardan daha güclüdür;

Əksər hallarda, sünilik təmiz metaldan daha aşağıdır;

Keçiricilik təmiz metaldan daha aşağıdır;

Sürünməyə qarşı müqavimət və ya yüksək temperaturda möhkəmlik itkisi bərk məhlulun möhkəmləndirilməsi ilə yaxşılaşdırıla bilər.

İşin sərtləşməsi

1. Tərif

Soyuq deformasiya dərəcəsi artdıqca metal materialların möhkəmliyi və sərtliyi artır, lakin plastiklik və möhkəmlik azalır.

2. Giriş

Metal materialların möhkəmliyi və sərtliyinin yenidən kristallaşma temperaturundan aşağı plastik deformasiyaya uğradıqda artdığı, plastiklik və sərtliyin isə azaldığı bir fenomen. Soyuq işləmə sərtləşməsi kimi də tanınır. Səbəb, metalın plastik deformasiyaya uğraması zamanı kristal dənəciklərinin sürüşməsi və çıxıqlarının dolaşmasıdır ki, bu da kristal dənəciklərinin uzanmasına, qırılmasına və lifləşməsinə səbəb olur və metalda qalıq gərginliklər yaranır. İş sərtləşməsi dərəcəsi adətən emaldan sonrakı səth təbəqəsinin mikro sərtliyinin emaldan əvvəlki sərtliyə nisbəti və bərkimiş təbəqənin dərinliyi ilə ifadə olunur.

3. Dislokasiya nəzəriyyəsi baxımından şərh

(1) Çıxıqlar arasında kəsişmə baş verir və nəticədə yaranan kəsiklər çıxıqların hərəkətinə mane olur;

(2) Çıxıqlar arasında reaksiya baş verir və əmələ gələn sabit çıxıq çıxığın hərəkətinə mane olur;

(3) Çıxıqların çoxalması baş verir və çıxıq sıxlığının artması çıxıq hərəkətinə qarşı müqaviməti daha da artırır.

4. Zərər

İşlə bərkimə metal hissələrin sonrakı emalına çətinliklər gətirir. Məsələn, polad lövhənin soyuq yayılması prosesində yayılması getdikcə çətinləşir, buna görə də onun qızdırılması ilə işlə bərkiməsinin qarşısını almaq üçün emal prosesi zamanı aralıq tavlama təşkil etmək lazımdır. Başqa bir nümunə, kəsmə prosesində iş parçasının səthini kövrək və sərt etmək, bununla da alətin aşınmasını sürətləndirmək və kəsmə qüvvəsini artırmaqdır.

5. Faydaları

Xüsusilə istilik müalicəsi ilə yaxşılaşdırıla bilməyən təmiz metallar və müəyyən ərintilər üçün metalların möhkəmliyini, sərtliyini və aşınma müqavimətini artıra bilər. Məsələn, soyuq çəkilmiş yüksək möhkəmlikli polad məftil və soyuq spiral yay və s. möhkəmliyini və elastiklik həddini artırmaq üçün soyuq işləmə deformasiyasından istifadə edir. Başqa bir nümunə, çənlərin, traktor yollarının, əzici çənələrin və dəmir yolu ötürücülərinin sərtliyini və aşınma müqavimətini artırmaq üçün iş sərtləşdirməsindən istifadə etməkdir.

6. Maşınqayırmada rolu

Soyuq çəkmə, yayma və zərblə cilalama (səthin möhkəmləndirilməsinə baxın) və digər proseslərdən sonra metal materialların, hissələrin və komponentlərin səth möhkəmliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər;

Hissələr gərginləşdirildikdən sonra, müəyyən hissələrin lokal gərginliyi tez-tez materialın məhsuldarlıq limitini aşır və bu da plastik deformasiyaya səbəb olur. İşin sərtləşməsi səbəbindən plastik deformasiyanın davamlı inkişafı məhdudlaşdırılır ki, bu da hissələrin və komponentlərin təhlükəsizliyini artıra bilər;

Metal hissə və ya komponent ştamplandıqda, onun plastik deformasiyası möhkəmlənmə ilə müşayiət olunur və beləliklə, deformasiya onun ətrafındakı işlənməmiş bərkimiş hissəyə ötürülür. Bu cür təkrarlanan hərəkətlərdən sonra vahid en kəsiyi deformasiyaya malik soyuq ştamplama hissələri əldə etmək olar;

Bu, aşağı karbonlu poladın kəsmə performansını yaxşılaşdıra və qırıntıların ayrılmasını asanlaşdıra bilər. Lakin işin bərkidilməsi metal hissələrin sonrakı emalına da çətinliklər gətirir. Məsələn, soyuq dartılmış polad məftil işin bərkidilməsi səbəbindən sonrakı dartılma üçün çox enerji sərf edir və hətta qırıla bilər. Buna görə də, dartılmadan əvvəl işin bərkidilməsini aradan qaldırmaq üçün tavlanmalıdır. Başqa bir nümunə, kəsmə zamanı iş parçasının səthinin kövrək və sərt olması üçün yenidən kəsmə zamanı kəsmə qüvvəsinin artması və alətin aşınmasının sürətlənməsidir.

İncə dənəli möhkəmləndirmə

1. Tərif

Kristal dənəciklərini saflaşdırmaqla metal materialların mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üsuluna kristal saflaşdırma gücləndirməsi deyilir. Sənayedə materialın möhkəmliyi kristal dənəciklərini saflaşdırmaqla artırılır.

2. Prinsip

Metallar adətən çoxlu kristal dənəciklərindən ibarət polikristallardır. Kristal dənəciklərinin ölçüsü vahid həcmdəki kristal dənəciklərinin sayı ilə ifadə edilə bilər. Say nə qədər çox olarsa, kristal dənəcikləri də bir o qədər incə olar. Təcrübələr göstərir ki, otaq temperaturunda incə dənəli metallar iri dənəli metallara nisbətən daha yüksək möhkəmliyə, sərtliyə, plastikliyə və sərtliyə malikdir. Bunun səbəbi, incə dənələr xarici qüvvənin təsiri altında plastik deformasiyaya uğraması və daha çox dənəcikdə dağıla bilməsi, plastik deformasiyanın daha vahid olması və gərginlik konsentrasiyasının az olmasıdır; bundan əlavə, dənəciklər nə qədər incə olarsa, dənəcik sərhəd sahəsi bir o qədər böyük və dənəcik sərhədləri daha əyri olur. Çatların yayılması bir o qədər əlverişsizdir. Buna görə də, kristal dənəciklərini təmizləməklə materialın möhkəmliyini artırmaq üsulu sənayedə dənəciklərin təmizlənməsinin gücləndirilməsi adlanır.

3. Təsir

Dənəcik ölçüsü nə qədər kiçik olarsa, dislokasiya qrupundakı dislokasiyaların sayı (n) bir o qədər az olar. τ=nτ0-a görə, gərginlik konsentrasiyası nə qədər kiçik olarsa, materialın möhkəmliyi bir o qədər yüksək olar;

İncə dənəli möhkəmləndirmənin möhkəmləndirmə qanunu ondan ibarətdir ki, dənəli sərhədlər nə qədər çox olarsa, dənəlilər də bir o qədər incə olar. Hall-Peiqi əlaqəsinə görə, dənəlilərin orta dəyəri (d) nə qədər kiçik olarsa, materialın axıcılıq möhkəmliyi bir o qədər yüksək olar.

4. Taxılın təmizlənməsi üsulu

Subcooling dərəcəsini artırın;

Pisləşmə müalicəsi;

Vibrasiya və qarışdırma;

Soyuq deformasiya olunmuş metallar üçün kristal dənəcikləri deformasiya dərəcəsini və tavlama temperaturunu idarə etməklə saflaşdırıla bilər.

İkinci fazalı möhkəmləndirmə

1. Tərif

Tək fazalı ərintilərlə müqayisədə çox fazalı ərintilərdə matris fazasına əlavə olaraq ikinci faza da var. İkinci faza incə dağılmış hissəciklərlə matris fazasında bərabər paylandıqda, əhəmiyyətli dərəcədə gücləndirici təsir göstərəcəkdir. Bu gücləndirici təsir ikinci fazalı gücləndirmə adlanır.

2. Təsnifat

Dislokasiyaların hərəkəti üçün ərintidə olan ikinci faza aşağıdakı iki vəziyyətə malikdir:

(1) Deformasiya olunmayan hissəciklərin möhkəmləndirilməsi (bypass mexanizmi).

(2) Deformasiyaya uğrayan hissəciklərin möhkəmləndirilməsi (kəsici mexanizm).

Həm dispersiya, həm də yağıntının güclənməsi ikinci fazalı gücləndirmənin xüsusi hallarıdır.

3. Təsir

İkinci fazanın güclənməsinin əsas səbəbi, onlarla dislokasiya arasındakı qarşılıqlı təsirdir ki, bu da dislokasiyanın hərəkətinə mane olur və ərintinin deformasiyaya davamlılığını artırır.

ümumiləşdirmək üçün

Möhkəmliyə təsir edən ən vacib amillər materialın tərkibi, quruluşu və səth vəziyyətidir; ikincisi, qüvvənin sürəti, yükləmə üsulu, sadə dartılma və ya təkrarlanan qüvvə kimi qüvvə vəziyyətidir, fərqli güclər göstərəcək; Bundan əlavə, nümunənin və sınaq mühitinin həndəsəsi və ölçüsü də böyük təsirə malikdir, bəzən hətta həlledicidir. Məsələn, hidrogen atmosferində ultra yüksək möhkəmlikli poladın dartılma möhkəmliyi eksponensial olaraq azala bilər.

Metal materialları gücləndirməyin yalnız iki yolu var. Biri ərintilərin atomlararası bağ qüvvəsini artırmaq, nəzəri möhkəmliyini artırmaq və bığ kimi qüsurları olmayan tam bir kristal hazırlamaqdır. Məlumdur ki, dəmir bığların möhkəmliyi nəzəri dəyərə yaxındır. Hesab etmək olar ki, bu, bığlarda heç bir dislokasiyanın olmaması və ya deformasiya prosesi zamanı çoxala bilməyən az miqdarda dislokasiyanın olması ilə əlaqədardır. Təəssüf ki, bığların diametri daha böyük olduqda möhkəmlik kəskin şəkildə azalır. Digər bir gücləndirmə yanaşması, kristala çox sayda kristal qüsuru, məsələn, dislokasiyalar, nöqtə qüsurları, heterojen atomlar, dənə sərhədləri, yüksək dərəcədə dağılmış hissəciklər və ya qeyri-bərabərliklər (məsələn, ayrılma) və s. daxil etməkdir. Bu qüsurlar dislokasiyaların hərəkətinə mane olur və həmçinin metalın möhkəmliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Faktlar sübut etmişdir ki, bu, metalların möhkəmliyini artırmağın ən təsirli yoludur. Mühəndislik materialları üçün daha yaxşı hərtərəfli performansa nail olmaq ümumiyyətlə hərtərəfli gücləndirmə effektləri vasitəsilə həyata keçirilir.