» » Способы упрочнения металла
21.12.2014

1. Введение примесей или создание другой фазы. Здесь действуют два механизма:
- дислокации требуется дополнительная энергия на преодоление, огибание препятствий;
- часть примесей задерживают дислокации, образуя сильное силовое поле, и даже если дислокация проходит мимо примесей, она все равно взаимодействует с силовым полем других дислокаций и тормозится.
Этим объясняется, почему сплавы всегда прочнее чистых металлов.
2. Повышение плотности дислокаций
Теоретическая прочность может быть достигнута при очень большой плотности дислокаций. Они своими силовыми полями мешают друг другу, тормозят и запирают друг друга (Коттрелл). Работоспособность материала с теоретической прочностью очень мала. Такой материал может работать только упруго.
Способы упрочнения металла

В настоящее время растят «сапфировы усы» (монокристаллы) с прочностью 19000 Н/мм2 и при 0°C, и при 1300°С. Их заправляют в вольфрам для головок космических кораблей. Ho подвесить на таких нитях мост нельзя - очень хрупкий материал.
Te критические напряжения, которые могут возникнуть при работе, не находят выхода в локальных пластических деформациях, за счет которых они уменьшались бы, и металл хрупко разрушается, Снятие напряжений, которые могут достигать величины σз, возможно за счет протекания локальной пластической деформации. Наводить дислокации можно за счет пластической деформации,
Способы упрочнения металла

3. Создание внутри металла различного типа границ
Дислокации движутся по плоскостям скольжения и для перехода из одной плоскости в другую, расположенную под некоторым углом к первой, требуются дополнительные усилия. Это объясняет, почему поликристаллы всегда прочнее монокристаллов. Создание мелкой структуры способствует упрочнению, но необходимо, чтобы границы зерен были проницаемы для дислокаций, чтобы пиковые, экстремальные напряжения могли сниматься за счет пересаживания дислокаций в плоскости скольжения других зерен. Для этого необходимо иметь малую разориентацию зерен -4-5°,
4. Упорядочивание
Кристаллическое упорядочивание или двойникование. Если прошло двойникование, то скольжение не может произойти в этом объеме. Двойникование происходит при пластической деформации с очень высокой скоростью (деформация взрывом) или при низких температурах. Такая обработка упрочняет металл.
Каждый из четырех способов упрочнения может дать увеличение прочности примерно на 600 Н/мм2, то есть в сумме возможно получить 3200 Н/мм2. Ho использовать такой металл невозможно, так как он достигает почти теоретической прочности, но является очень хрупким. Достижение в каком-либо объеме напряжениями сверхкритической величины приводит к образованию трещин и разрушению.
Так как дислокации заперты и не могут двигаться, то напряжения не могут и релаксировать, то есть уменьшаться за счет протекания деформации в локальных зонах.
Существует понятие «инженерная прочность»: в конструкциях в каких-либо локальных зонах могут протекать пластические деформации, которые не приводят к пластической деформации объекта в целом. Возможность протекания локальных пластических деформаций, которые предотвращают образование трещин, увеличивает диапазон работоспособности материала (газопроводы северного исполнения).
Таким образом, чтобы поднять предел текучести, нужно закрепить дислокации, но при этом уменьшается относительное удлинение.
Чтобы одновременно увеличить и прочностные (σт). и пластические (δ5) характеристики металла, следует пользоваться «теорией барьеров» (1972 г.).
Известны два типа барьеров: проницаемые и непроницаемые. Непроницаемые барьеры: большеугловые границы зерен; фаза, отличная от матрицы; сильный наклеп, когда все дислокации связаны в сетки и являются неподвижными.
Необходимо создавать в металле полупроницаемые барьеры, которые будут удерживать дислокации, но при «пиковых» напряжениях пропустят их в соседний объем.
Имеются два типа полупроницаемых границ:
- малоугловая разориентация зерен;
- в матрице сплава имеется фаза, когерентная с основной структурой (очень похожие решетки).
В идеале сплав должен быть без большеугловых границ зерен (должна быть мозаичность структуры). Такую структуру можно получить в результате полигонизации: холодная (теплая) деформация + нагрев (температура ниже температуры рекристаллизации) + последеформационная выдержка + закалка.