Definicija
Nakon popuštanja materijala, pojava u kojoj se njegova čvrstoća i tvrdoća povećavaju, dok mu se plastičnost i žilavost smanjuju s povećanjem stupnja deformacije naziva se deformacijsko otvrdnjavanje ili otvrdnjavanje radom.
02
Mehanizam
Kako plastična deformacija napreduje, gustoća dislokacija se povećava, uzrokujući zamršenije interakcije između dislokacija tijekom kretanja. To rezultira stvaranjem fiksnih stepenica i dislokacijskih zapleta, koji povećavaju otpor kretanju dislokacije, povećavajući otpor deformacije i otežavajući daljnju plastičnu deformaciju, čime se povećava čvrstoća metala.
Fizički obrazac: Kako se stupanj deformacije povećava, čvrstoća i tvrdoća materijala se povećavaju, dok se njegova plastičnost i žilavost smanjuju. Gustoća dislokacija nastavlja rasti. Prema formuli i slici, čvrstoća je proporcionalna kvadratu gustoće dislokacija ρ. Što je veći Burgersov vektor b dislokacija, to je učinak ojačanja značajniji.
03
Metode
Hladna deformacija, kao što je hladno prešanje, valjanje i sačmarenje.
04
Primjer
Hladno izvlačenje čelične žice može eksponencijalno povećati svoju čvrstoću.
05
Praktični značaj deformacijskog ojačanja (prednosti i nedostaci)
(1) Prednosti:
① Ojačanje deformacijom je učinkovita metoda za ojačavanje metala. Za neke materijale koji se ne mogu ojačati toplinskom obradom, ojačanje deformacijom može se koristiti za povećanje čvrstoće materijala, što može eksponencijalno povećati čvrstoću.
② To je važan čimbenik u obradi i oblikovanju određenih obradaka ili polu{0}}proizvoda. Omogućuje ravnomjernu deformaciju metala, čime je moguće oblikovanje izradaka ili polu-proizvoda, kao što je hladno{3}}vučena čelična žica i utiskivanje dijelova.
③ Ojačanje deformacijom također može poboljšati sigurnost dijelova ili komponenti tijekom uporabe. Kada se u određenim dijelovima dijelova pojavi koncentracija naprezanja ili preopterećenje, na tom dijelu dolazi do plastične deformacije. Uslijed radnog otvrdnjavanja prestaje deformacija preopterećenog dijela, čime se povećava sigurnost.
(2) Nedostaci:
① Ojačanje deformacijom također donosi probleme u proizvodnji i upotrebi materijala. Deformacija povećava čvrstoću i smanjuje plastičnost, što otežava nastavak deformacije i zahtijeva veću potrošnju energije.
② Kako bi se materijal nastavio deformirati, potrebno je rekristalizacijsko žarenje u sredini tako da se materijal može nastaviti deformirati bez pucanja, što povećava troškove proizvodnje.
Slika
Slika
II. Ojačanje čvrste otopine
Slika
01
Definicija
Pojava da čvrstoća i tvrdoća krute otopine raste, a plastičnost i žilavost opadaju s povećanjem udjela atoma otopljene tvari naziva se očvršćavanjem krute otopine.
02
Mehanizam
(1) Otapanje atoma otopljene tvari iskrivljuje rešetku krute otopine, što ima opstruktivni učinak na kretanje dislokacija na ravnini klizanja.
(2) Coriolisov plin formiran od atoma otopljene tvari odvojenih na liniji dislokacije pričvršćuje dislokaciju i povećava otpor kretanju dislokacije.
(3) Segregacija atoma otopljene tvari u području greške slaganja sprječava kretanje proširenih dislokacija. Svi čimbenici koji ometaju kretanje iščašenja i povećavaju otpor kretanju iščašenja mogu povećati čvrstoću.
03
Zakon
①Unutar raspona topljivosti krute otopine, što je veći maseni udio legirajućeg elementa, to je veći učinak ojačanja
②Što je veća razlika u veličini između atoma otopljene tvari i atoma otapala, to je značajniji učinak jačanja.
③ Učinak jačanja otopljenih elemenata koji tvore intersticijske krute otopine veći je od učinka elemenata koji tvore supstitucijske krute otopine.
④ Što je veća razlika u broju valentnih elektrona između atoma otopljene tvari i otapala, to je veći učinak jačanja.
04
Metode
Legiranje, tj. dodavanje legirajućih elemenata.
05
Primjer
Čvrstoća legura bakra-nikla veća je od čvrstoće čistog bakra i nikla.
Slika
Slika
III. Usitnjavanje zrna Jačanje
Slika
01
Definicija
Usitnjavanje zrna je pojava u kojoj se povećava čvrstoća i tvrdoća materijala, dok se njegova plastičnost i žilavost također poboljšavaju kako se smanjuje veličina zrna.
02
Mehanizam
Načelo iza ovog učinka je usporavanje klizanja dislokacija granicama zrna. U polikristalnim materijalima kretanje dislokacija mora nadvladati otpor granica zrna. To je zato što dislokacije s obje strane granice zrna imaju različite orijentacije. Stoga, u određenom zrnu, klizna dislokacija ne može izravno prijeći granicu zrna u susjedno zrno. Samo kada se veliki broj dislokacija nakupi na granici zrna, uzrokujući koncentraciju naprezanja, može se potaknuti kretanje postojećih dislokacija u susjednim zrnima i uzrokovati klizanje. Stoga, što su finija zrna, veća je čvrstoća materijala.
03
Pravilo
Što su zrna finija, to je veće područje granice zrna. Prema Hall-Pageovoj jednadžbi, što je manji prosječni promjer zrna d, veća je granica tečenja materijala σs.
04
Metode pročišćavanja zrna
① Tijekom procesa kristalizacije, pročišćavanje zrna može se postići povećanjem stupnja podhlađenja, izvođenjem modifikacije, vibriranjem i miješanjem kako bi se povećala brzina nukleacije.
② Za hladno{0}}deformirane metale, zrnatost se može postići kontrolom stupnja deformacije i temperature žarenja.
③ Pročišćavanje zrna može se postići toplinskim tretmanima kao što su normalizacija i žarenje.
④ Elementi za legiranje mogu se dodati čeliku kako bi se formirale nove faze, čime se sprječava rast zrna.
Slika
Slika
IV. Druga faza ojačanja
Slika
01
Definicija
Prisutnost jedne ili više dodatnih faza unutar metalne matrice povećava čvrstoću metala. Ovisno o procesu korištenom za dobivanje druge faze, ojačanje druge faze može se kategorizirati na sljedeći način: ① Ojačanje taloženjem: dobivanje druge faze toplinskom obradom fazne transformacije. ② Ojačanje disperzije: dobivanje druge faze sinteriranjem praha ili unutarnjom oksidacijom.
02
Mehanizam
Tijekom gibanja dislokacije, dislokacije nailaze na sekundarnu fazu i moraju je zaobići ili presjeći. Ova sekundarna faza sprječava kretanje dislokacija, povećavajući čvrstoću materijala.
03
Primjer
Prisutnost cementita u čeliku povećava njegovu čvrstoću.
