01. Enfortiment de la solució sòlida
Definició
L'enfortiment de la solució sòlida és el fenomen en què els elements d'aliatge es dissolen en el metall base, provocant una distorsió de la gelosia i augmentant la resistència de l'aliatge.
Principi
Els àtoms de solut que es dissolen en la solució sòlida creen una distorsió de gelosia, que augmenta la resistència al moviment de dislocació, dificultant el lliscament. Com a resultat, la resistència i la duresa de la solució sòlida d'aliatge augmenten. Aquest mecanisme d'enfortiment es basa en la dissolució d'àtoms de solut per formar una solució sòlida. Amb una concentració adequada de solut, la resistència i la duresa del material milloren, encara que la seva duresa i ductilitat poden disminuir.
Factors que influeixen
Com més gran sigui la fracció atòmica dels àtoms de solut, més fort serà l'efecte d'enfortiment, especialment a baixes concentracions.
Com més gran sigui la diferència de mida entre els àtoms de solut i metall base, més significatiu serà l'enfortiment.
Els àtoms de solut intersticial tenen un efecte de reforç més fort que els de substitució. En els cristalls cúbics-centrats en el cos, els àtoms intersticials provoquen una distorsió asimètrica de la xarxa, la qual cosa resulta en un enfortiment més gran que en els cristalls cúbics-centrats en la cara. Tanmateix, la solubilitat dels àtoms intersticials és limitada.
Com més gran sigui la diferència en el nombre d'electrons de valència entre els àtoms de solut i base, més fort serà l'efecte d'enfortiment. El límit elàstic augmenta amb la concentració d'electrons.
Depèn del grau d'enfortiment:
Diferència de mida entre els àtoms de solut i base: una major desajust de mida augmenta la resistència a la dislocació.
Quantitat d'elements d'aliatge: més aliatge=efecte més fort, però les quantitats excessives poden superar el límit de solubilitat i requerir altres mètodes d'enfortiment, com ara l'enfortiment de la segona fase.
Els àtoms intersticials s'enforteixen més que els àtoms substitutius.
La diferència d'electrons de valència entre el solut i el metall de la matriu millora l'enfortiment.
Efectes
La resistència a la fluència, la resistència a la tracció i la duresa superen les dels metalls purs.
En general, una ductilitat més baixa en comparació amb els metalls purs.
Menor conductivitat elèctrica que els metalls purs.
Resistència a la fluència millorada i resistència a alta{0}}temperatura.
02. Enduriment per treball (enduriment per deformació)
Definició
A mesura que augmenta la deformació en fred, la força i la duresa d'un metall augmenten, mentre que la plasticitat i la duresa disminueixen.
Visió general
Quan els metalls es deformen plàsticament per sota de la seva temperatura de recristal·lització, es tornen més forts i durs, però menys dúctils i resistents. També conegut com enduriment per treball en fred. Durant la deformació plàstica, les dislocacions s'entrellacen, els grans s'allargan, es trenquen i es tornen fibrosos. S'introdueix l'estrès residual. El grau d'enduriment es mesura normalment per la relació entre la microduresa de la superfície abans i després de la deformació i la profunditat de la capa endurida.
Explicació de la teoria de la luxació
Les dislocacions s'entrecreuen i formen pas{0}}com obstacles per al moviment.
Les luxacions reaccionen formant luxacions immòbils que dificulten el moviment.
La multiplicació de la luxació augmenta la densitat, impedint encara més el moviment.
Inconvenients
L'enduriment per treball complica el processament posterior. Per exemple, l'acer laminat en fred-es torna cada cop més dur i impracticable, i requereix un recuit intermedi per suavitzar-se. En el mecanitzat, l'enduriment superficial augmenta la força de tall i el desgast de l'eina.
Beneficis
Millora la resistència, la duresa i la resistència al desgast dels metalls, especialment per als metalls i aliatges purs que no es poden reforçar amb tractament tèrmic (p. ex., cables-d'alta-resistencia estirats en fred, molles-laminades en fred, vies de tancs, mordasses de trituradora, interruptors de ferrocarril).
Aplicacions en Enginyeria Mecànica
El dibuix en fred, el rodatge i el granallat augmenten molt la resistència superficial dels materials i components.
La deformació plàstica localitzada sota estrès es pot limitar a causa de l'enduriment per treball, millorant la seguretat dels components.
En l'estampació, les zones endurides dirigeixen la deformació cap a regions més suaus, permetent una deformació uniforme a través de les seccions.
Millora la mecanització dels acers de baix-carboni facilitant la separació de les estelles. No obstant això, augmenta el consum d'energia en el processament posterior i el desgast de les eines en el mecanitzat.
03. Enfortiment del refinament del gra
Definició
L'enfortiment del refinament del gra millora les propietats mecàniques reduint la mida del gra.
Principi
Els metalls són policristalins. Els grans més petits (és a dir, més grans per unitat de volum) donen lloc a una major resistència, duresa, plasticitat i duresa. Els grans més fins distribueixen la deformació de manera més uniforme, redueixen la concentració de tensions i dificulten la propagació de les esquerdes. Així, refinar els grans millora la força.
Efectes
Els grans més fins redueixen l'estrès de la dislocació-augmentant la força.
Segons la relació Hall-Petch, una mida de gra més petita ddd condueix a una força de rendiment més alta.
Mètodes per refinar els grans
Augmenta el baix refredament.
Tractament d'inoculació.
Vibració i agitació durant la solidificació.
En metalls-deformats en fred: controleu el grau de deformació i la temperatura de recuit.
04. Segona Fase Enfortiment
Definició
En els aliatges multifàsics, a més de la fase matricial, existeix una segona fase. Quan les partícules de segona-fase finament disperses es distribueixen uniformement a la matriu, enforteixen significativament l'aliatge. Això es coneix com a reforç de la segona-fase.
Tipus
Des de la perspectiva del moviment de dislocació, les partícules de segona-fase es classifiquen en:
Partícules no-deformables: enfortiment mitjançant mecanisme de derivació (mecanisme Orowan).
Partícules deformables: enfortiment mitjançant mecanisme de tall.
L'enfortiment dispersoide i l'enduriment per precipitació són formes específiques d'enfortiment de segona-fase.
Efectes
Les partícules de segona-fase interaccionen amb les dislocacions, impedint-ne el moviment i augmentant la resistència a la deformació de l'aliatge.
Altres factors que afecten la força
Composició, microestructura i estat superficial de l'aliatge.
Condició de càrrega: velocitat, modalitat (tracció vs. cíclica).
Geometria de la mostra i entorn de prova (p. ex., la fragilitat de l'hidrogen pot reduir dràsticament la resistència).
Resum dels enfocaments de reforç
Dues vies principals per enfortir els metalls:
Augmenta la força d'enllaç atòmic i crea cristalls-lliures de defectes (p. ex., bigotis).
Introduïu defectes (dislocacions, àtoms de solut, límits de gra, etc.) per dificultar el moviment de dislocacions - demostrat com el mètode més eficaç.
Els materials d'enginyeria normalment es basen en una combinació de mecanismes de reforç per aconseguir un rendiment òptim.
