01. تقوية المحلول الصلب
تعريف
تقوية المحاليل الصلبة هي الظاهرة التي تذوب فيها عناصر صناعة السبائك في المعدن الأساسي، مما يتسبب في تشويه الشبكة وزيادة قوة السبيكة.
مبدأ
الذرات المذابة التي تذوب في المحلول الصلب تخلق تشوهًا شبكيًا، مما يزيد من مقاومة حركة التفكك، مما يجعل الانزلاق أكثر صعوبة. ونتيجة لذلك، تزداد قوة وصلابة المحلول الصلب للسبائك. تعتمد آلية التقوية هذه على إذابة الذرات المذابة لتكوين محلول صلب. مع تركيز المذاب المناسب، تتحسن قوة المادة وصلابتها، على الرغم من أن صلابتها وليونتها قد تنخفض.
العوامل المؤثرة
كلما زاد الجزء الذري للذرات المذابة، كلما كان تأثير التقوية أقوى، خاصة عند التركيزات المنخفضة.
كلما زاد الفرق في الحجم بين ذرات المذاب وذرات المعدن الأساسي، زادت أهمية التقوية.
الذرات المذابة الخلالية لها تأثير تقوية أقوى من الذرات البديلة. في البلورات المكعبة التي مركزها الجسم-، تسبب الذرات الخلالية تشوهًا غير متماثل للشبكة، مما يؤدي إلى تقوية أكبر مما هي عليه في البلورات المكعبة التي مركزها الوجه-. ومع ذلك، فإن ذوبان الذرات الخلالية محدودة.
كلما زاد الفرق في أعداد إلكترونات التكافؤ بين الذرات المذابة والقاعدة، كلما كان تأثير التقوية أقوى. تزداد قوة الخضوع مع تركيز الإلكترون.
درجة التعزيز تعتمد على:
فرق الحجم بين الذرات المذابة والقاعدة: عدم تطابق الحجم الأكبر يزيد من مقاومة التفكك.
كمية عناصر صناعة السبائك: المزيد من صناعة السبائك=تأثير أقوى، ولكن الكميات الزائدة قد تتجاوز حد الذوبان وتتطلب طرق تقوية أخرى مثل تقوية المرحلة الثانية.
تقوى الذرات البينية أكثر من الذرات البديلة.
يعزز فرق الإلكترون التكافؤ بين المعدن المذاب والمصفوفة التعزيز.
التأثيرات
تتجاوز قوة الخضوع وقوة الشد والصلابة تلك الخاصة بالمعادن النقية.
بشكل عام أقل ليونة مقارنة بالمعادن النقية.
الموصلية الكهربائية أقل من المعادن النقية.
تحسين مقاومة الزحف وقوة درجات الحرارة العالية-.
02. تصلب العمل (تصلب الانفعال)
تعريف
مع زيادة التشوه البارد، ترتفع قوة وصلابة المعدن، بينما تقل اللدونة والمتانة.
ملخص
عندما تتشوه المعادن لدنًا تحت درجة حرارة إعادة التبلور، فإنها تصبح أقوى وأكثر صلابة ولكنها أقل ليونة وصلابة. المعروف أيضا باسم تصلب العمل البارد. أثناء التشوه اللدن، تتشابك الخلوع، وتستطيل الحبيبات، وتنكسر، وتصبح ليفية. يتم تقديم الإجهاد المتبقي. يتم قياس درجة التصلب عادةً بنسبة الصلابة الدقيقة للسطح قبل التشوه وبعده وعمق الطبقة المتصلبة.
شرح نظرية الخلع
تتقاطع حالات الخلع وتشكل خطوة-مثل العوائق التي تعترض الحركة.
تتفاعل الاضطرابات لتشكل خلعًا غير متحرك يعيق الحركة.
يؤدي تكاثر الخلع إلى زيادة الكثافة، مما يزيد من إعاقة الحركة.
العيوب
تصلب العمل يعقد المزيد من المعالجة. على سبيل المثال،-يصبح الفولاذ المدلفن على البارد أكثر صلابة وغير قابل للاستخدام، مما يتطلب تلدينًا متوسطًا للتليين. في عملية التصنيع، يؤدي تصلب السطح إلى زيادة قوة القطع وتآكل الأداة.
فوائد
يعمل على تحسين قوة المعدن وصلابته ومقاومة التآكل، خاصة بالنسبة للمعادن النقية والسبائك التي لا يمكن تقويتها بالمعالجة الحرارية (على سبيل المثال، -الأسلاك عالية القوة المسحوبة على البارد-، والينابيع المدرفلة على البارد-، ومسارات الخزانات، وفكوك الكسارات، ومفاتيح السكك الحديدية).
تطبيقات في الهندسة الميكانيكية
يؤدي السحب على البارد، والدرفلة، والتقطيع بالرصاص إلى زيادة قوة سطح المواد والمكونات بشكل كبير.
يمكن أن يكون التشوه البلاستيكي الموضعي تحت الضغط محدودًا بسبب تصلب العمل، مما يحسن سلامة المكونات.
في عملية الختم، تقوم المناطق المتصلبة بتوجيه التشوه إلى المناطق الأكثر ليونة، مما يسمح بتشوه موحد عبر الأقسام.
يعمل على تحسين إمكانية تصنيع الفولاذ منخفض الكربون-عن طريق تسهيل فصل الرقائق. ومع ذلك، فإنه يزيد من استهلاك الطاقة في مزيد من المعالجة وتآكل الأدوات أثناء التشغيل الآلي.
03. تعزيز صقل الحبوب
تعريف
يعمل تعزيز صقل الحبوب على تحسين الخواص الميكانيكية عن طريق تقليل حجم الحبوب.
مبدأ
المعادن متعددة البلورات. تؤدي الحبوب الأصغر (أي المزيد من الحبوب لكل وحدة حجم) إلى زيادة القوة والصلابة واللدونة والمتانة. تقوم الحبوب الدقيقة بتوزيع التشوه بشكل متساوٍ، وتقليل تركيز الإجهاد، وإعاقة انتشار التشققات. وبالتالي، فإن تكرير الحبوب يعزز القوة.
التأثيرات
تعمل الحبيبات الدقيقة على تقليل إجهاد الخلع-وزيادة القوة.
وفقًا لعلاقة Hall-Petch، يؤدي حجم الحبوب الأصغر ddd إلى زيادة قوة الخضوع.
طرق تنقية الحبوب
زيادة التبريد.
علاج التلقيح.
الاهتزاز والتحريك أثناء التصلب.
في المعادن الباردة-المشوهة: يتم التحكم في درجة التشوه ودرجة حرارة التلدين.
04. تعزيز المرحلة الثانية
تعريف
في السبائك متعددة الأطوار، بالإضافة إلى مرحلة المصفوفة، توجد مرحلة ثانية. عندما يتم توزيع جزيئات الطور الثاني-المشتتة بدقة بشكل موحد في المصفوفة، فإنها تعمل على تقوية السبيكة بشكل ملحوظ. يُعرف هذا بتقوية المرحلة الثانية-.
أنواع
من منظور حركة الانخلاع، يتم تصنيف -جسيمات الطور الثاني إلى:
جسيمات غير قابلة للتشوه-: يتم تقويتها عبر آلية الالتفافية (آلية أوروان).
جزيئات قابلة للتشوه: يتم تقويتها عبر آلية القطع.
يعد تقوية المشتتات والتصلب بالترسيب شكلين محددين من تقوية المرحلة الثانية.
التأثيرات
تتفاعل -جسيمات الطور الثاني مع الاضطرابات، مما يعيق حركتها ويزيد من مقاومة السبيكة للتشوه.
العوامل الأخرى التي تؤثر على القوة
تكوين السبيكة والبنية المجهرية وحالة السطح.
حالة التحميل: المعدل، الوضع (الشد مقابل الدوري).
هندسة العينة وبيئة الاختبار (على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تقصف الهيدروجين إلى تقليل القوة بشكل كبير).
ملخص تعزيز النهج
طريقان رئيسيان لتقوية المعادن:
زيادة قوة الترابط الذري وإنشاء بلورات خالية من العيوب-(مثل الشعيرات).
إدخال العيوب (الخلع، الذرات المذابة، حدود الحبوب، وما إلى ذلك) لإعاقة حركة الخلع - ثبت أنها الطريقة الأكثر فعالية.
تعتمد المواد الهندسية عادةً على مجموعة من آليات التقوية لتحقيق الأداء الأمثل.
