Fortalecimiento por solución sólida

1. Definición

Fenómeno en el que la solución sólida de elementos de aleación en el metal matriz provoca una distorsión reticular en cierta medida, de modo que aumenta la resistencia de la aleación.

2. Principio

Los átomos de soluto en la solución sólida provocan una distorsión reticular, lo que aumenta la resistencia del movimiento de dislocación y dificulta el deslizamiento, aumentando así la resistencia y la dureza de la solución sólida de la aleación. Este fortalecimiento de un metal al disolverse en un determinado elemento soluto para formar una solución sólida se denomina fortalecimiento por solución. Cuando la concentración de átomos de soluto es apropiada, la resistencia y dureza del material se puede aumentar, pero su tenacidad y plasticidad se pueden disminuir.

3. Factores que afectan

Cuanto mayor sea la fracción atómica del átomo de soluto, mayor será el refuerzo, especialmente cuando la fracción atómica es muy baja. Cuanto mayor sea la diferencia de tamaño entre el átomo de soluto y el átomo del metal base, más fuerte será el efecto de fortalecimiento. Los átomos de soluto intersticiales tienen un mayor efecto de fortalecimiento de la solución sólida que los átomos de reemplazo, y la distorsión reticular de los átomos intersticiales en los cristales cúbicos centrados volumétricos es asimétrica, por lo que el efecto de fortalecimiento es mayor que en los cristales cúbicos centrados planos. Pero la solubilidad sólida de los átomos intersticiales es muy limitada, por lo que el efecto de fortalecimiento real también es limitado. Cuanto mayor sea la diferencia en el número de electrones de valencia entre los átomos de soluto y los metales base, más obvio será el efecto fortalecedor de la solución sólida, es decir, la resistencia al rendimiento de la solución sólida aumenta con el aumento de la concentración de electrones de valencia

4. Grado de fortalecimiento de la solución sólida

Depende principalmente de los siguientes factores:

（1）El tamaño es diferente entre los átomos de la matriz y los átomos del soluto. Cuanto mayor sea la diferencia de tamaño, mayor será la perturbación de la estructura cristalina original y más difícil será el deslizamiento de dislocación.

 (2) La cantidad de elementos de aleación. Cuantos más elementos de aleación se agreguen, mayor será el efecto fortalecedor. Si agrega demasiados átomos demasiado grandes o demasiado pequeños, excederá la solubilidad. Esto implica otro mecanismo de refuerzo, el refuerzo de fase descentralizada.

 (3) Los átomos de soluto intersticiales tienen un mayor efecto de fortalecimiento de la solución sólida que los átomos de desplazamiento.

 (4) Cuanto mayor sea la diferencia en el número de electrones de valencia entre el átomo de soluto y el metal base, más significativo será el efecto de fortalecimiento de la solución sólida.

5. Efecto

La resistencia al límite elástico, la resistencia a la tracción y la dureza son más fuertes que las de los metales puros.

En la mayoría de los casos, la ductilidad es menor que la de los metales puros; conduce la electricidad mucho menos que el metal puro; La resistencia a la fluencia, o pérdida de resistencia a altas temperaturas, se puede mejorar mediante el fortalecimiento de la solución sólida.

Endurecimiento

1. Definición

Con el aumento del grado de deformación en frío, la resistencia y la dureza de los materiales metálicos aumentan, pero la plasticidad y la tenacidad disminuyen.

2. Introducción

El fenómeno por el cual la resistencia y la dureza de un material metálico aumentan mientras que la plasticidad y la tenacidad disminuyen durante la deformación plástica por debajo de la temperatura de recristalización, conocido como endurecimiento en frío. La razón es que durante la deformación plástica del metal, los granos se deslizan y la dislocación se entrelaza, lo que hace que los granos se alarguen, se rompan y fibrosen, y se generen tensiones residuales dentro del metal. El grado de endurecimiento por trabajo se expresa generalmente por la relación entre la microdureza de la capa superficial antes y después del trabajo y la profundidad de la capa endurecida.

3. Desde la perspectiva de la teoría de la dislocación

(1) Se produce un corte transversal entre dislocaciones, lo que da como resultado un orden de corte que obstaculiza el movimiento de la dislocación;

 (2) Las dislocaciones reaccionan entre sí y la dislocación fija formada obstaculiza el movimiento de la dislocación;

(3) Se produce una proliferación de dislocaciones y la densidad de dislocaciones aumenta para aumentar aún más la resistencia al movimiento de dislocación.

4. Daño

El endurecimiento por trabajo trae dificultades al procesamiento posterior de las piezas metálicas. 5. Ventaja: mejora la resistencia, dureza y resistencia al desgaste de los metales, especialmente para metales puros y ciertas aleaciones que no se pueden fortalecer mediante tratamiento térmico. Por ejemplo, se utilizan alambres de acero de alta resistencia estirados en frío y resortes laminados en frío para mejorar su resistencia y límite elástico. También se utilizan cadenas de tanques, tractores, placas de mandíbula de trituradoras y desvíos de ferrocarril para mejorar su dureza y resistencia al desgaste. Papel en la ingeniería mecánica

Después del trefilado en frío, el laminado y el granallado (ver refuerzo de la superficie), la resistencia de la superficie de los materiales, piezas y componentes metálicos se puede mejorar significativamente. Después de que las piezas se someten a tensión, algunas partes de la tensión local a menudo exceden el límite de fluencia del material, lo que provoca una deformación plástica, debido a que el límite de endurecimiento por trabajo de la deformación plástica continúa desarrollándose, puede mejorar la seguridad de las piezas y componentes; Cuando se prensan piezas o componentes metálicos, su deformación plástica va acompañada de un refuerzo, que transfiere la deformación a las piezas endurecidas no trabajadas circundantes. Las piezas estampadas en frío con una deformación de sección transversal uniforme se pueden obtener mediante dicha acción alterna repetida. Puede mejorar el rendimiento de corte del acero con bajo contenido de carbono y hacer que la viruta sea fácil de separar. Pero el endurecimiento por trabajo también trae dificultades al procesamiento posterior de las piezas metálicas. Como el alambre de acero trefilado en frío, debido al endurecimiento por trabajo hace que el trefilado consuma más energía, o incluso se rompa, por lo que debe realizarse mediante un recocido intermedio, eliminar el endurecimiento por trabajo y luego el trefilado. Por ejemplo, para hacer que la superficie de la pieza de trabajo sea quebradiza y dura, y luego cortar para aumentar la fuerza de corte, acelerar el desgaste de la herramienta.

Fortalecimiento de grano fino

1. Definición

El método de mejorar las propiedades mecánicas de los materiales metálicos refinando los granos se denomina fortalecimiento de grano fino. En la industria, el método de refinación de granos se utiliza para mejorar la resistencia de los materiales.

2. Principio

Generalmente, un metal es policristalino con muchos granos. El tamaño de los granos se puede expresar como el número de granos por unidad de volumen. Cuanto mayor sea el número, más fino será el grano. Los experimentos muestran que los metales de grano fino tienen mayor resistencia, dureza, plasticidad y tenacidad que los metales de grano grueso a temperatura ambiente. Esto se debe a que la deformación plástica de los granos finos bajo fuerza externa se puede dispersar en más granos, y la deformación plástica es más uniforme y la concentración de tensión es menor. Además, cuanto más finos sean los granos, mayor será el área del límite de grano y cuanto más tortuoso sea el límite de grano, más desfavorable será la propagación de grietas. Por lo tanto, el método de mejorar la resistencia del material refinando el grano se denomina fortalecimiento de grano fino.

3. Efecto

Cuanto menor sea el tamaño del grano, menor será el número de dislocaciones (n) en el grupo de dislocaciones, menor será la concentración de tensión y mayor será la resistencia del material. Según la relación Hall - ligando, cuanto menor sea el promedio (D) de los granos, mayor será la resistencia a la fluencia del material.

4. Método de refinamiento de grano

Aumento del grado de sobreenfriamiento; Tratamiento metamórfico; Vibración y agitación; Los granos se pueden refinar controlando el grado de deformación y la temperatura de recocido para metales deformados en frío.

Refuerzo de segunda fase

1. Definición

En comparación con las aleaciones monofásicas, existen segundas fases además de la fase matriz. Cuando la segunda fase se distribuye uniformemente en la fase matriz con partículas finas dispersas, se producirá un efecto de fortalecimiento significativo. Este refuerzo se denomina refuerzo secundario.

2. Clasificación

Para el movimiento de dislocación, la segunda fase de la aleación contiene las dos condiciones siguientes: (1) el efecto de fortalecimiento de partículas no deformables (mecanismo de derivación). (2) Efecto de fortalecimiento de partículas deformables (mecanismo de corte). Tanto el fortalecimiento por dispersión como el fortalecimiento por precipitación pertenecen a los casos especiales del fortalecimiento de la segunda fase.

3. Efecto

La segunda razón es la interacción entre ellos y la dislocación, que dificulta el movimiento de dislocación y mejora la resistencia a la deformación de la aleación.

Conclusión

Los factores más importantes que afectan la resistencia son la composición, la estructura y el estado de la superficie del propio material. En segundo lugar, el estado de tensión, como la velocidad de la fuerza posterior, el modo de carga, el estiramiento simple o la tensión repetida, mostrarán una resistencia diferente; Además, la geometría y el tamaño de la muestra y el medio de prueba también tienen una gran influencia, a veces incluso decisiva, como la resistencia a la tracción del acero de ultra alta resistencia en la atmósfera de hidrógeno puede disminuir exponencialmente. Solo hay dos formas de fortalecer los materiales metálicos. Una es mejorar la fuerza de enlace atómico de la aleación, aumentar su resistencia teórica y hacer un cristal completo sin defectos, como bigotes. Dado que la resistencia de los bigotes del hierro está cerca del valor teórico, se puede suponer que esto se debe a que no hay dislocaciones en los bigotes, o solo una pequeña cantidad de dislocaciones que no pueden proliferar durante la deformación. Desafortunadamente, cuando el diámetro de los bigotes es grande, la resistencia cae drásticamente. Otro enfoque de fortalecimiento es introducir una gran cantidad de defectos en el cristal, como dislocaciones, defectos puntuales, átomos heterogéneos, límites de grano, partículas altamente dispersas o falta de homogeneidad (como asimetría), etc. Estos defectos obstaculizan el movimiento de las dislocaciones y mejorarán significativamente la resistencia del metal. Esta ha demostrado ser la forma más eficaz de aumentar la resistencia del metal. En el caso de los materiales de ingeniería, generalmente se logra un mejor rendimiento integral mediante el efecto de refuerzo integral.