Закалка (металлургия) - Hardening (metallurgy)

Закалка это металлургический металлообработка процесс, используемый для увеличения твердость металла. Твердость металла прямо пропорциональна одноосной предел текучести в месте приложенной деформации. Более твердый металл будет иметь более высокое сопротивление пластической деформации, чем менее твердый металл.

Процессы

Пять процессов закалки:

• В Холл – Петч Метод упрочнения границ зерен заключается в получении мелких зерен. Более мелкие зерна увеличивают вероятность выхода дислокаций на границы зерен после более коротких расстояний, которые являются очень сильными дислокационными барьерами. Как правило, меньший размер зерна делает материал более твердым. Однако когда размер зерна приближается к субмикронному, некоторые материалы могут стать мягче. Это просто эффект облегчения другого механизма деформации, т. Е. Зернограничного скольжения. На этом этапе все механизмы упрочнения, связанные с дислокациями, теряют значение.
• В упрочнение (также называемое деформационным упрочнением) материал деформируется выше предела текучести, например к холодная обработка. Пластичный металл становится тверже и прочнее, поскольку он физически деформируется. Пластическая деформация порождает новые дислокации. По мере увеличения плотности дислокаций дальнейшее движение дислокаций становится более трудным, поскольку они препятствуют друг другу, что означает увеличение твердости материала.
• В упрочнение твердого раствора растворимый легирующий элемент добавляется к материалу, который требуется упрочнить, и вместе они образуют «твердый раствор». Твердый раствор можно рассматривать как «нормальный» жидкий раствор, например соль в воде, кроме твердой. В зависимости от размера иона растворенного легирующего элемента по сравнению с ионом металлической матрицы, он растворяется либо замещающим образом (большой легирующий элемент замещает атом в кристалле), либо межузельным (небольшой легирующий элемент занимает место между атомами в кристалле). решетка). В обоих случаях разница в размерах посторонних элементов заставляет их действовать как песчинки в наждачной бумаге, сопротивляясь дислокациям, которые пытаются проскользнуть, что приводит к более высокой прочности материала. При твердении в растворе легирующий элемент не выделяется из раствора.
• Осадочное твердение (также называемый возрастное упрочнение) представляет собой процесс, при котором вторая фаза, которая начинается в твердом растворе с металлической матрицей, выделяется из раствора вместе с металлом по мере его закалки, оставляя частицы этой фазы распределенными повсюду, чтобы вызвать сопротивление скольжению дислокаций. Это достигается сначала нагреванием металла до температуры, при которой элементы, образующие частицы, растворимы, а затем его закалкой, удерживая их в твердом растворе. Если бы это был жидкий раствор, элементы образовывали бы осадки, точно так же, как перенасыщенная соленая вода осаждала бы небольшие кристаллы соли, но диффузия атомов в твердом веществе происходит очень медленно при комнатной температуре. Затем требуется вторая термообработка при подходящей температуре для старения материала. Повышенная температура позволяет растворенным элементам диффундировать намного быстрее и образовывать желаемые осажденные частицы. Закалка необходима, поскольку в противном случае материал начал бы осаждение уже во время медленного охлаждения. Этот тип осаждения приводит к небольшому количеству крупных частиц, а не к обычно желаемому обилию мелких осадков. Дисперсионное упрочнение - один из наиболее часто используемых методов упрочнения металлических сплавов.
• Мартенситное превращение, более известный как закалка и закалка, является механизмом упрочнения, характерным для стали. Сталь должна быть нагрета до температуры, при которой фаза железа превращается из феррита в аустенит, т. Е. Изменяет кристаллическую структуру от ОЦК (объемно-центрированная кубическая ) в FCC (гранецентрированная кубическая ). В аустенитной форме сталь может растворять намного больше углерода. После растворения углерода материал закаливают. Важно проводить закалку с высокой скоростью охлаждения, чтобы углерод не успевал образовывать выделения карбидов. Когда температура достаточно низкая, сталь пытается вернуться к низкотемпературной кристаллической структуре BCC. Это изменение происходит очень быстро, поскольку оно не зависит от диффузии и называется мартенситным превращением. Из-за чрезмерного пересыщения твердого раствора углеродом кристаллическая решетка становится BCT (Телоцентрированный тетрагональный ) вместо. Эта фаза называется мартенситом и является чрезвычайно твердой из-за комбинированного эффекта искаженной кристаллической структуры и экстремального упрочнения твердого раствора, оба механизма которых препятствуют скольжению дислокаций.

Все механизмы упрочнения приводят к появлению дефектов кристаллической решетки, которые действуют как барьеры для скольжения дислокаций.

Приложения

Упрочнение материала требуется во многих областях:

• Станки для резки (сверла, метчики, токарные инструменты) должны быть намного тверже материала, с которым они работают, чтобы быть эффективными.
• Лезвия ножа - лезвие высокой твердости сохраняет остроту.
• Подшипники - необходимо иметь очень твердую поверхность, способную выдерживать постоянные нагрузки.
• Броня - высокая прочность чрезвычайно важна как для пуленепробиваемых пластин, так и для тяжелых контейнеров для горнодобывающей промышленности и строительства.
• Защита от усталости - мартенситное упрочнение корпуса может значительно увеличить срок службы механических компонентов, таких как оси и зубья, при повторяющейся загрузке / разгрузке.

Рекомендации