Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.2: Загартування, легування та відпал

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19931

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Одне з питань, яке ми хотіли б задати, полягає в тому, чому межі плинності нормальних (полікристалічних) зразків металів набагато нижчі (в 1000 разів), ніж у ідеальних монокристалів? Відповідь має відношення до руху вивихів. Розглянемо малюнок нижче, на якому показані площини атомів металів поблизу дислокації (окремі атоми пронумеровані, щоб допомогти вам побачити, які зв'язки розірвані, а які утворюються). Стрілки вказують на силу, прикладену під напругою зсуву. Зверніть увагу, як рухається дислокація шляхом розриву/виготовлення металево-металевих зв'язків.

    Ключовим моментом тут є те, що ми можемо викликати пластичну деформацію (зсув), розриваючи за один раз тільки одну лінію зв'язків метал-метал по лінії дислокації. Це передбачає набагато меншу силу, ніж розрив цілої площини зв'язків, як нам потрібно було б зробити, щоб зсунути ідеальний кристал. У даному полікристалічному зразку є багато ліній дислокації, які проходять перпендикулярно всім можливим напрямкам зсуву, тому їх рух можна використовувати для «розриву» металу на частини. Турбінні ротори на великих струменях виготовляються з дуже дорогих монокристалічних нікель-титанових сплавів, так що цих деформацій зсуву можна уникнути. [1]

    clipboard_e5664d43a81d88875918cc2b360f8524e.png

    Ми бачимо, що рух дислокацій - це в основному погана новина, якщо ми хочемо, щоб метал був міцним і твердим (наприклад, якщо ми хочемо структурний матеріал або ніж, який може тримати пристойний край). Є кілька способів подолання (певною мірою) цієї проблеми:

    1. Використовуйте монокристали і відпалюйте всі дислокації (дорогі - особливо з великими предметами, такими як лопатки турбіни, і неможливо з дуже великими предметами, такими як крила літака або мости).

    2. Робоче зміцнення металу - це переміщує всі дислокації до кордонів зерен (дислокація по суті стає частиною кордону зерен). Оскільки межа зерен є площинним дефектом, вона набагато менше реагує на напруження, ніж дефект лінії.

    3. Ввести домішкові атоми (тобто легуючі елементи) або домішкові фази, які «приколюють» рух дефектів. Атом домішки зупиняє рух, оскільки він має інший розмір, або робить більш міцні зв'язки, ніж інші атоми металу; лінійний дефект важко відійти від рядів таких атомів. Домішкова фаза (як Fe 3 C в залізі) робить додаткові межі зерен, які можуть зупинити рух дефектів. Цей ефект аналогічний графітовим волокнам в армованих волокнами зшитих полімерах (використовуються, наприклад, в тенісних ракетках), які зупиняють поширення тріщин.

    Просту ілюстрацію роботи загартовування можна зробити за допомогою шматка мідного дроту. При багаторазовому ударі молотком мідний дріт стає жорсткішою, і з неї можна підвісити гирю. Дислокації переміщаються до кордонів кристалічних зерен під час робочого зміцнення, ефективно припиняючи їх рух і одночасно роблячи окремі кристалічні зерна меншими. Оскільки кристалічних зерен тепер менше, збільшилася кількість площі кордону зерен, а разом з нею і вільна енергія матеріалу. Відпал змінює процес, знижуючи вільну енергію. Коли дріт відпалюється в полум'я (нагрівається, щоб атоми могли рухатися і переставляти), кристалічні зерна ростуть, і дислокації з'являються знову. Мідь знову стає пластичною, і легко гнеться. Холодна обробка (робоче зміцнення) металів важлива для зміцнення конструкційних матеріалів (наприклад, залізних балок) і для виготовлення крихких твердих кромок (саме тому ковалі забивають ножі та мечі при їх виготовленні. Якщо ви коли-небудь спостерігали за ними, вони роблять те ж саме з підковами, коли вони охолонуть, щоб зробити їх жорсткими).

    Коваля, 1606