고용체 강화

1. 정의

합금 원소가 모재에 용해되어 어느 정도의 격자 변형을 일으켜 합금의 강도를 높이는 현상.

2. 원리

고용체에 용해된 용질 원자는 격자 왜곡을 일으켜 전위 이동의 저항을 증가시키고 미끄러지기 어렵게 하며 합금 고용체의 강도와 경도를 증가시킵니다.고용체를 형성하기 위해 특정 용질 원소를 용해시켜 금속을 강화시키는 이러한 현상을 고용 강화라고합니다.용질 원자의 농도가 적절하면 재료의 강도와 경도를 높일 수 있지만 인성과 가소성은 감소합니다.

3. 영향 요인

용질 원자의 원자 분율이 높을수록 강화 효과가 크며 특히 원자 분율이 매우 낮을 때 강화 효과가 더 큽니다.

용질 원자와 모재의 원자 크기의 차이가 클수록 강화 효과가 커집니다.

격자간 용질 원자는 치환 원자보다 고용체 강화 효과가 크며, 체심 입방정에서 간질 원자의 격자 왜곡이 비대칭이기 때문에 강화 효과가 면심 입방정보다 크다.그러나 격자간 원자의 고체 용해도는 매우 제한적이어서 실제 강화 효과도 제한적이다.

용질 원자와 비금속 사이의 원자가 전자 수의 차이가 클수록 고용체 강화 효과, 즉 원자가 전자 농도가 증가함에 따라 고용체의 항복 강도가 증가합니다.

4. 고용 강화 정도는 주로 다음 요인에 따라 달라집니다.

매트릭스 원자와 용질 원자 사이의 크기 차이.크기 차이가 클수록 원래 결정 구조에 대한 간섭이 커지고 전위 슬립이 더 어려워집니다.

합금 원소의 양.합금 원소가 더 많이 첨가될수록 강화 효과가 커집니다.너무 많은 원자가 너무 크거나 너무 작으면 용해도가 초과됩니다.여기에는 또 다른 강화 메커니즘인 분산상 강화가 포함됩니다.

침입형 용질 원자는 대체 원자보다 고용체 강화 효과가 더 큽니다.

용질 원자와 비금속 사이의 원자가 전자 수의 차이가 클수록 고용 강화 효과가 커집니다.

5. 효과

항복 강도, 인장 강도 및 경도는 순수 금속보다 강합니다.

대부분의 경우 연성은 순수 금속보다 낮습니다.

전도성은 순수한 금속보다 훨씬 낮습니다.

내크리프성 또는 고온에서의 강도 손실은 고용체 강화로 개선할 수 있습니다.

작업 경화

1. 정의

냉간 변형 정도가 증가함에 따라 금속 재료의 강도와 경도는 증가하지만 소성과 인성은 감소합니다.

2. 소개

금속 재료가 재결정 온도 이하에서 소성 변형되면 강도와 경도가 증가하고 소성과 인성은 감소하는 현상.냉간 가공 경화라고도 합니다.그 이유는 금속이 소성 변형되면 결정립이 미끄러지고 전위가 얽혀서 결정립이 신장, 파손 및 섬유화되고 금속에 잔류 응력이 발생하기 때문입니다.가공 경화 정도는 일반적으로 가공 전 표면층에 대한 가공 후 표면층의 미세 경도와 경화층 깊이의 비율로 표현됩니다.

3. 전위이론의 관점에서 본 해석

(1) 전위 사이에 교차가 발생하고 그에 따른 절단이 전위의 이동을 방해합니다.

(2) 전위 사이에 반응이 일어나고 형성된 고정 전위가 전위의 이동을 방해한다.

(3) 전위의 증식이 일어나고, 전위 밀도의 증가는 전위 이동에 대한 저항을 더욱 증가시킨다.

4. 피해

가공 경화는 금속 부품의 추가 가공에 어려움을 줍니다.예를 들어, 강판을 냉간 압연하는 과정에서 압연이 점점 더 단단해지기 때문에 가열에 의한 가공 경화를 제거하기 위해 가공 과정에서 중간 풀림을 배치해야 합니다.또 다른 예는 절삭 공정에서 공작물 표면을 부서지기 쉽고 단단하게 만들어 공구 마모를 가속화하고 절삭력을 증가시키는 것입니다.

5. 혜택

특히 열처리로 개선할 수 없는 순수 금속 및 특정 합금의 경우 금속의 강도, 경도 및 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.예를 들어, 냉간 인발 고강도 강선 및 냉간 코일 스프링 등은 냉간 가공 변형을 사용하여 강도와 탄성 한계를 향상시킵니다.또 다른 예는 탱크, 트랙터 트랙, 크러셔 조 및 철도 분기기의 경도와 내마모성을 개선하기 위해 가공 경화를 사용하는 것입니다.

6. 기계 공학에서의 역할

냉간 인발, 압연 및 쇼트 피닝(표면 강화 참조) 및 기타 공정 후에 금속 재료, 부품 및 구성품의 표면 강도가 크게 향상될 수 있습니다.

부품에 응력이 가해지면 특정 부품의 국부 응력이 종종 재료의 항복 한계를 초과하여 소성 변형을 일으킵니다.가공 경화로 인해 소성 변형의 지속적인 개발이 제한되어 부품 및 구성 요소의 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

금속 부품이나 구성 요소가 스탬핑되면 소성 변형에 강화가 동반되어 변형이 주변의 가공되지 않은 경화 부품으로 전달됩니다.이러한 반복적인 교대 작업 후에 균일한 단면 변형을 갖는 냉간 스탬핑 부품을 얻을 수 있습니다.

저탄소강의 절삭 성능을 향상시키고 칩을 쉽게 분리할 수 있습니다.그러나 가공 경화는 금속 부품의 추가 가공에 어려움을 주기도 합니다.예를 들어, 냉간 인발 강선은 가공 경화로 인해 추가 인발에 많은 에너지를 소비하며 심지어 파손될 수도 있습니다.따라서 드로잉 전에 가공 경화를 제거하기 위해 어닐링해야 합니다.또 다른 예는 절삭시 공작물의 표면을 취성 및 단단하게 만들기 위해 재절삭시 절삭력이 증가하고 공구 마모가 가속화됩니다.

미립자 강화

1. 정의

결정립을 미세화하여 금속 재료의 기계적 성질을 향상시키는 방법을 결정 미세화 강화라고 합니다.업계에서는 결정립을 미세화하여 재료의 강도를 향상시킵니다.

2. 원리

금속은 일반적으로 많은 결정 입자로 구성된 다결정입니다.결정립의 크기는 단위체적당 결정립의 수로 나타낼 수 있다.숫자가 클수록 결정 입자가 미세합니다.실험에 따르면 실온에서 미세 입자 금속은 거친 금속보다 강도, 경도, 가소성 및 인성이 더 높습니다.이는 미세 입자가 외력 하에서 소성 변형을 겪고 더 많은 입자에 분산될 수 있고 소성 변형이 보다 균일하며 응력 집중이 적기 때문입니다.또한 결정립이 미세할수록 결정립계 면적이 커지고 결정립계가 구불구불해집니다.균열의 전파가 더 불리합니다.따라서 결정립을 미세화하여 재료의 강도를 향상시키는 방법을 업계에서는 결정립 미세화 강화라고 합니다.

3. 효과

입자 크기가 작을수록 전위 클러스터의 전위(n) 수가 작아집니다.τ=nτ0에 따르면 응력 집중이 작을수록 재료의 강도가 높아집니다.

미립자 강화의 강화 법칙은 입계가 많을수록 입자가 미세해진다는 것입니다.Hall-Peiqi 관계에 따르면 Grain의 평균값(d)이 작을수록 재료의 항복 강도가 높아집니다.

4. 결정립 미세화 방법

과냉도를 높이십시오.

열화처리;

진동 및 교반;

냉간 변형 금속의 경우 변형 정도와 어닐링 온도를 제어하여 결정립을 미세화할 수 있습니다.

2단계 강화

1. 정의

단상 합금과 비교하여 다상 합금에는 매트릭스 상 외에 두 번째 상이 있습니다.두 번째 상이 미세하게 분산된 입자와 함께 매트릭스 상에 균일하게 분포될 때 상당한 강화 효과를 갖게 됩니다.이 강화 효과를 2단계 강화라고 합니다.

2. 분류

전위의 이동을 위해 합금에 포함된 두 번째 상은 다음 두 가지 상황이 있습니다.

(1) 변형 불가능한 입자의 강화(바이패스 메커니즘).

(2) 변형 가능한 입자의 강화(컷스루 메커니즘).

분산강화와 석출강화는 모두 2상강화의 특수한 경우이다.

3. 효과

제2상 강화의 주된 이유는 전위의 이동을 방해하고 합금의 변형 저항을 향상시키는 이들과 전위 사이의 상호작용이다.

요약하다

강도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 재료 자체의 구성, 구조 및 표면 상태입니다.두 번째는 힘의 속도, 하중 방법, 단순 스트레칭 또는 반복되는 힘과 같은 힘의 상태이며 다른 강도를 나타냅니다.또한 샘플과 테스트 매체의 형상과 크기도 큰 영향을 미치며 때로는 결정적이기도 합니다.예를 들어, 수소 분위기에서 초고장력강의 인장 강도는 기하급수적으로 떨어질 수 있습니다.

금속 재료를 강화하는 방법은 두 가지뿐입니다.하나는 합금의 원자간 결합력을 높이고 이론 강도를 높이고 위스커와 같은 결함이 없는 완전한 결정을 준비하는 것입니다.철 위스커의 강도는 이론치에 가까운 것으로 알려져 있다.이는 휘스커에 전위가 없거나 변형 과정에서 증식할 수 없는 소량의 전위에 불과하기 때문이라고 볼 수 있다.안타깝게도 위스커의 직경이 커지면 강도가 급격히 떨어집니다.또 다른 강화 접근법은 전위, 점 결함, 불균일 원자, 결정립계, 고도로 분산된 입자 또는 불균일성(예: 편석) 등과 같은 다수의 결정 결함을 결정에 도입하는 것입니다. 이러한 결함은 전위의 이동을 방해하고 또한 금속의 강도를 크게 향상시킵니다.이것이 금속 강도를 높이는 가장 효과적인 방법이라는 사실이 입증되었습니다.엔지니어링 재료의 경우 일반적으로 포괄적인 강화 효과를 통해 더 나은 종합 성능을 달성합니다.