მყარი ხსნარის გამაგრება

1. განმარტება

ფენომენი, რომლის დროსაც შენადნობის ელემენტები იხსნება ძირითად ლითონში, რაც იწვევს ბადის გარკვეული ხარისხის დამახინჯებას და ამით ზრდის შენადნობის სიმტკიცეს.

2. პრინციპი

მყარ ხსნარში გახსნილი გახსნილი ნივთიერების ატომები იწვევენ ბადისებრი ბადის დეფორმაციას, რაც ზრდის დისლოკაციის მოძრაობის წინააღმდეგობას, ართულებს სრიალს და ზრდის შენადნობის მყარი ხსნარის სიმტკიცესა და სიმტკიცეს. ლითონის გამაგრების ამ ფენომენს გარკვეული გახსნილი ელემენტის გახსნით მყარი ხსნარის წარმოქმნით მყარი ხსნარის წარმოქმნა ეწოდება. როდესაც გახსნილი ნივთიერების ატომების კონცენტრაცია შესაბამისია, მასალის სიმტკიცე და სიმტკიცე შეიძლება გაიზარდოს, მაგრამ მისი სიმტკიცე და პლასტიურობა მცირდება.

3. გავლენის ფაქტორები

რაც უფრო მაღალია გახსნილი ნივთიერების ატომური წილი, მით უფრო დიდია გამაძლიერებელი ეფექტი, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ატომური წილი ძალიან დაბალია, გამაძლიერებელი ეფექტი უფრო მნიშვნელოვანია.

რაც უფრო დიდია სხვაობა გახსნილი ნივთიერების ატომებსა და ძირითადი ლითონის ატომურ ზომას შორის, მით უფრო დიდია გამაძლიერებელი ეფექტი.

ინტერსტიციულ გახსნილ ატომებს მყარი ხსნარის გამაძლიერებელი ეფექტი უფრო მეტი აქვთ, ვიდრე ჩანაცვლებითი ატომებს, და რადგან სხეულზე ცენტრირებულ კუბურ კრისტალებში ინტერსტიციული ატომების ბადისებრი დისტორსია ასიმეტრიული, მათი გამაძლიერებელი ეფექტი უფრო მეტია, ვიდრე ზედაპირზე ცენტრირებულ კუბურ კრისტალებს; თუმცა, ინტერსტიციულ ატომებში მყარი ხსნარის ხსნადობა ძალიან შეზღუდულია, ამიტომ ფაქტობრივი გამაძლიერებელი ეფექტიც შეზღუდულია.

რაც უფრო დიდია ვალენტური ელექტრონების რაოდენობის სხვაობა გახსნილი ნივთიერების ატომებსა და ძირითად ლითონს შორის, მით უფრო აშკარაა მყარი ხსნარის გამაძლიერებელი ეფექტი, ანუ მყარი ხსნარის დენადობის ზღვარი იზრდება ვალენტური ელექტრონების კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად.

4. მყარი ხსნარის გამყარების ხარისხი ძირითადად დამოკიდებულია შემდეგ ფაქტორებზე

მატრიცის ატომებსა და გახსნილი ნივთიერების ატომებს შორის ზომის სხვაობა. რაც უფრო დიდია ზომის სხვაობა, მით უფრო დიდია ინტერფერენცია საწყის კრისტალურ სტრუქტურაზე და მით უფრო რთულია დისლოკაციის სრიალი.

შენადნობის ელემენტების რაოდენობა. რაც უფრო მეტი შენადნობის ელემენტი ემატება, მით უფრო ძლიერია გამაძლიერებელი ეფექტი. თუ ძალიან ბევრი ატომია ძალიან დიდი ან ძალიან პატარა, ხსნადობა გადააჭარბებს. ეს გულისხმობს კიდევ ერთ გამაძლიერებელ მექანიზმს, დისპერსიული ფაზის გამყარებას.

ინტერსტიციულ გახსნილ ატომებს მყარი ხსნარის გამაძლიერებელი უფრო მეტი ეფექტი აქვთ, ვიდრე ჩანაცვლებით ატომებს.

რაც უფრო დიდია ვალენტური ელექტრონების რაოდენობის სხვაობა გახსნილი ნივთიერების ატომებსა და ძირითად ლითონს შორის, მით უფრო მნიშვნელოვანი იქნება მყარი ხსნარის გამაძლიერებელი ეფექტი.

5. ეფექტი

დენადობის ზღვარი, დაჭიმვის სიმტკიცე და სიმტკიცე უფრო ძლიერია, ვიდრე სუფთა ლითონები;

უმეტეს შემთხვევაში, პლასტიურობა უფრო დაბალია, ვიდრე სუფთა ლითონის;

გამტარობა გაცილებით დაბალია, ვიდრე სუფთა ლითონის;

ცოცვისადმი მდგრადობა, ანუ მაღალ ტემპერატურაზე სიმტკიცის დაკარგვა, შეიძლება გაუმჯობესდეს მყარი ხსნარით გამაგრებით.

სამუშაო გამკვრივება

1. განმარტება

ცივი დეფორმაციის ხარისხის ზრდასთან ერთად, ლითონის მასალების სიმტკიცე და სიმტკიცე იზრდება, მაგრამ პლასტიურობა და სიმტკიცე მცირდება.

2. შესავალი

ფენომენი, რომლის დროსაც ლითონის მასალების სიმტკიცე და სიმტკიცე იზრდება, როდესაც ისინი პლასტალურად დეფორმირდებიან რეკრისტალიზაციის ტემპერატურაზე დაბლა, ხოლო პლასტიურობა და სიმტკიცე მცირდება. ასევე ცნობილია, როგორც ცივი დამუშავებით გამკვრივება. მიზეზი ის არის, რომ როდესაც ლითონი პლასტურად დეფორმირდება, ბროლის მარცვლები სრიალებს და დისლოკაციები იხლართება, რაც იწვევს ბროლის მარცვლების წაგრძელებას, გატეხვას და ბოჭკოვან ფორმას, და ლითონში წარმოიქმნება ნარჩენი დაძაბულობები. გამკვრივების ხარისხი ჩვეულებრივ გამოიხატება დამუშავების შემდეგ ზედაპირული ფენის მიკროსიმტკიცის თანაფარდობით დამუშავებამდე არსებულთან და გამაგრებული ფენის სიღრმით.

3. ინტერპრეტაცია დისლოკაციის თეორიის პერსპექტივიდან

(1) დისლოკაციებს შორის ხდება გადაკვეთა და შედეგად მიღებული ჭრილები აფერხებს დისლოკაციების მოძრაობას;

(2) დისლოკაციებს შორის რეაქცია ხდება და წარმოქმნილი ფიქსირებული დისლოკაცია აფერხებს დისლოკაციის მოძრაობას;

(3) ხდება დისლოკაციების პროლიფერაცია და დისლოკაციის სიმკვრივის ზრდა კიდევ უფრო ზრდის დისლოკაციის მოძრაობისადმი წინააღმდეგობას.

4. ზიანი

ლითონის ნაწილების შემდგომი დამუშავება გამაგრებით რთულდება. მაგალითად, ფოლადის ფილის ცივი გლინვის პროცესში, მისი გლინვა სულ უფრო და უფრო რთული ხდება, ამიტომ დამუშავების პროცესში აუცილებელია შუალედური გახურების ორგანიზება, რათა გამოირიცხოს მისი გაცხელებით გამკვრივება. კიდევ ერთი მაგალითია ჭრის პროცესში სამუშაო ნაწილის ზედაპირის მყიფე და მაგარი გახდომა, რითაც დაჩქარდება ხელსაწყოს ცვეთა და გაიზრდება ჭრის ძალა.

5. სარგებელი

მას შეუძლია გააუმჯობესოს ლითონების სიმტკიცე, სიმტკიცე და ცვეთამედეგობა, განსაკუთრებით იმ სუფთა ლითონებისა და გარკვეული შენადნობების შემთხვევაში, რომელთა გაუმჯობესება თერმული დამუშავებით შეუძლებელია. მაგალითად, ცივად დაჭიმული მაღალი სიმტკიცის ფოლადის მავთული და ცივად დახვეული ზამბარა და ა.შ. იყენებს ცივ დამუშავების დეფორმაციას მათი სიმტკიცისა და ელასტიურობის ზღვრის გასაუმჯობესებლად. კიდევ ერთი მაგალითია სამუშაო გამკვრივების გამოყენება ავზების, ტრაქტორის ლიანდაგების, სამსხვრევების ყბებისა და რკინიგზის გადასახვევების სიმტკიცისა და ცვეთამედეგობის გასაუმჯობესებლად.

6. როლი მექანიკურ ინჟინერიაში

ცივი დაჭიმვის, გლინვისა და გასროლით დამუშავების (იხ. ზედაპირის გამაგრება) და სხვა პროცესების შემდეგ, ლითონის მასალების, ნაწილებისა და კომპონენტების ზედაპირის სიმტკიცე შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს;

ნაწილების დაძაბულობის შემდეგ, გარკვეული ნაწილების ლოკალური დაძაბულობა ხშირად აღემატება მასალის დენადობის ზღვარს, რაც იწვევს პლასტიკურ დეფორმაციას. სამუშაო გამკვრივების გამო, პლასტიკური დეფორმაციის შემდგომი განვითარება შეზღუდულია, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს ნაწილებისა და კომპონენტების უსაფრთხოება;

როდესაც ლითონის ნაწილს ან კომპონენტს აჭედებენ, მის პლასტიკურ დეფორმაციას თან ახლავს გამაგრება, ისე, რომ დეფორმაცია გადაეცემა მის გარშემო არსებულ დაუმუშავებელ გამაგრებულ ნაწილს. ასეთი განმეორებითი მონაცვლეობითი მოქმედებების შემდეგ, შესაძლებელია ცივი შტამპვის მქონე ნაწილების მიღება ერთგვაროვანი განივი დეფორმაციით;

მას შეუძლია გააუმჯობესოს დაბალნახშირბადოვანი ფოლადის ჭრის მახასიათებლები და ნაფოტების ადვილად გამოყოფა. თუმცა, დამუშავებით გამკვრივება ასევე ართულებს ლითონის ნაწილების შემდგომ დამუშავებას. მაგალითად, ცივი დამუშავებით გაწელილი ფოლადის მავთული დიდი რაოდენობით ენერგიას მოიხმარს შემდგომი დამუშავებისთვის და შეიძლება გატყდეს კიდეც. ამიტომ, დამუშავებამდე ის უნდა გაიკეთოს გახურება, რათა თავიდან იქნას აცილებული დამუშავებით გამკვრივება. კიდევ ერთი მაგალითია ის, რომ ჭრის დროს სამუშაო ნაწილის ზედაპირის მყიფე და მაგარი გასაკეთებლად, ხელახალი ჭრის დროს იზრდება ჭრის ძალა და აჩქარებს ხელსაწყოს ცვეთას.

წვრილი მარცვლების გამაგრება

1. განმარტება

ლითონის მასალების მექანიკური თვისებების გაუმჯობესების მეთოდს ბროლის მარცვლების რაფინირებით ეწოდება ბროლის რაფინირებით გამაგრება. ინდუსტრიაში მასალის სიმტკიცე უმჯობესდება ბროლის მარცვლების რაფინირებით.

2. პრინციპი

ლითონები, როგორც წესი, პოლიკრისტალებია, რომლებიც მრავალი კრისტალური მარცვლისგან შედგება. კრისტალური მარცვლების ზომა შეიძლება გამოისახოს მოცულობის ერთეულზე კრისტალური მარცვლების რაოდენობით. რაც უფრო მეტია რიცხვი, მით უფრო წვრილია კრისტალური მარცვლები. ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ოთახის ტემპერატურაზე წვრილმარცვლოვან ლითონებს უფრო მაღალი სიმტკიცე, სიმტკიცე, პლასტიურობა და სიმტკიცე აქვთ, ვიდრე უხეშმარცვლოვან ლითონებს. ეს იმიტომ ხდება, რომ წვრილი მარცვლები გარე ძალის ზემოქმედებით განიცდიან პლასტიკურ დეფორმაციას და შეიძლება გაიფანტოს მეტ მარცვლად, პლასტიკური დეფორმაცია უფრო ერთგვაროვანია და სტრესის კონცენტრაცია ნაკლებია; გარდა ამისა, რაც უფრო წვრილია მარცვლები, მით უფრო დიდია მარცვლების სასაზღვრო ფართობი და უფრო დაკლაკნილი მარცვლების საზღვრები. რაც უფრო არახელსაყრელია ბზარების გავრცელება. ამიტომ, მასალის სიმტკიცის გაუმჯობესების მეთოდს კრისტალური მარცვლების დახვეწით ინდუსტრიაში მარცვლების დახვეწა-გამაგრება ეწოდება.

3. ეფექტი

რაც უფრო მცირეა მარცვლის ზომა, მით უფრო მცირეა დისლოკაციების რაოდენობა (n) დისლოკაციების კლასტერში. τ=nτ0-ის მიხედვით, რაც უფრო მცირეა დაძაბულობის კონცენტრაცია, მით უფრო მაღალია მასალის სიმტკიცე;

წვრილმარცვლოვანი გამაგრების გამაგრების კანონი ის არის, რომ რაც უფრო მეტია მარცვლების საზღვრები, მით უფრო წვრილია მარცვლები. ჰოლ-პეიკის დამოკიდებულების თანახმად, რაც უფრო მცირეა მარცვლების საშუალო მნიშვნელობა (d), მით უფრო მაღალია მასალის დენადობის ზღვარი.

4. მარცვლეულის დახვეწის მეთოდი

სუბგაგრილების ხარისხის გაზრდა;

გაუარესების მკურნალობა;

ვიბრაცია და მორევა;

ცივი დეფორმირებული ლითონების შემთხვევაში, კრისტალური მარცვლების დახვეწა შესაძლებელია დეფორმაციის ხარისხისა და გამოწვის ტემპერატურის კონტროლით.

მეორე ფაზის გაძლიერება

1. განმარტება

ერთფაზიან შენადნობებთან შედარებით, მრავალფაზიან შენადნობებს მატრიცული ფაზის გარდა მეორე ფაზაც აქვთ. როდესაც მეორე ფაზა მატრიცულ ფაზაში თანაბრად არის განაწილებული წვრილი დისპერსიული ნაწილაკებით, მას მნიშვნელოვანი გამაგრების ეფექტი ექნება. ამ გამაგრების ეფექტს მეორე ფაზის გამაგრება ეწოდება.

2. კლასიფიკაცია

დისლოკაციების გადაადგილებისთვის, შენადნობში შემავალ მეორე ფაზას აქვს შემდეგი ორი სიტუაცია:

(1) არადეფორმირებადი ნაწილაკების გამაგრება (შემოვლითი მექანიზმი).

(2) დეფორმირებადი ნაწილაკების გამაგრება (ჭრის მექანიზმი).

როგორც დისპერსიული, ასევე ნალექებით გამოწვეული გაძლიერება მეორე ფაზის გამაგრების განსაკუთრებული შემთხვევებია.

3. ეფექტი

მეორე ფაზის გამაგრების მთავარი მიზეზი მათსა და დისლოკაციას შორის ურთიერთქმედებაა, რაც აფერხებს დისლოკაციის მოძრაობას და აუმჯობესებს შენადნობის დეფორმაციისადმი მდგრადობას.

შეჯამებისთვის

სიმტკიცეზე მოქმედი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორებია თავად მასალის შემადგენლობა, სტრუქტურა და ზედაპირის მდგომარეობა; მეორე არის ძალის მდგომარეობა, როგორიცაა ძალის სიჩქარე, დატვირთვის მეთოდი, მარტივი გაჭიმვა ან განმეორებითი ძალა, აჩვენებს სხვადასხვა სიმტკიცეს; გარდა ამისა, ნიმუშისა და ტესტის გარემოს გეომეტრია და ზომა ასევე დიდ გავლენას ახდენს, ზოგჯერ გადამწყვეტიც კი. მაგალითად, ულტრამაღალი სიმტკიცის ფოლადის დაჭიმვის სიმტკიცე წყალბადის ატმოსფეროში შეიძლება ექსპონენციალურად შემცირდეს.

ლითონის მასალების გამაგრების მხოლოდ ორი გზა არსებობს. ერთ-ერთია შენადნობის ატომთაშორისი შემაკავშირებელი ძალის გაზრდა, მისი თეორიული სიმტკიცის გაზრდა და სრული კრისტალის მომზადება დეფექტების, მაგალითად, ულვაშების გარეშე. ცნობილია, რომ რკინის ულვაშების სიმტკიცე თეორიულ მნიშვნელობასთან ახლოსაა. შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ეს იმიტომ ხდება, რომ ულვაშებში არ არის დისლოკაციები, ან მხოლოდ მცირე რაოდენობითაა დისლოკაციები, რომლებიც დეფორმაციის პროცესში ვერ გამრავლდებიან. სამწუხაროდ, როდესაც ულვაშის დიამეტრი უფრო დიდია, სიმტკიცე მკვეთრად ეცემა. გამაგრების კიდევ ერთი მიდგომაა კრისტალში დიდი რაოდენობით კრისტალური დეფექტების შეტანა, როგორიცაა დისლოკაციები, წერტილოვანი დეფექტები, ჰეტეროგენული ატომები, მარცვლების საზღვრები, მაღალდისპერსიული ნაწილაკები ან არაერთგვაროვნება (მაგალითად, სეგრეგაცია) და ა.შ. ეს დეფექტები აფერხებს დისლოკაციების მოძრაობას და ასევე მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ლითონის სიმტკიცეს. ფაქტები ადასტურებს, რომ ეს არის ლითონების სიმტკიცის გაზრდის ყველაზე ეფექტური გზა. საინჟინრო მასალებისთვის, ზოგადად, უკეთესი ყოვლისმომცველი შესრულების მიღწევა შესაძლებელია ყოვლისმომცველი გამაგრების ეფექტებით.