Методи зміцнення металів

Пластична деформація металів пов'язано з одновремённим переміщенням дуже великої кількості дислокації. Таким чином, чим легше дислокації в металі переміщаються. тим легше метал деформується пластично. А від цього залежать механічні властивості (міцність, твердість, межа плинності) металів.

Всі методи зміцнення металів складаються в перешкоді переміщення дислокації. Основниеметоди зміцнення металів наступні.

1) Зменшення розмірів зерен металу.

На межкристаллических поверхнях закінчується переміщення дислокації (ковзання), т.к:

- закінчується безпосередній контакт між сусідніми частинками;

- змінюється орієнтація кристалічної решітки і тим самим напрямок площині

Тому метали, що мають більш маленькі зерна (кристалітів), міцніші і тверді. Межа плинності залежить від розмірів зерен наступним чином:

де D - середній діаметр зерен; # 963; 0 і Kv - постійні для даного металу.

Одним простим методів зменшення розмірів зерен є нагрівання металу і швидке охолодження (гарт). При загартуванню метал стане більш пружним, але більш крихким.

2) Використання твердих розчинів

Для цієї мети металів легируют домішками, які утворюють з основним металом

тверді розчини заміщення. Якщо домішковий атом за розмірами менше, ніж атом основного металу, то він створює навколо себе напругу тяжіння і тим самим перешкоджає зрушення (ковзання) атомів:

Додаткові напруги, викликані домішками, компенсуються на дислокаціях. Тому домішки скупчуються на дислокаціях і тим самим перешкоджають їх движени (рис b).

3) Холодна обробка металу

Пластичні метали упрочняются при низькотемпературної (холодної) деформування. Це явище називається наклепом. Такими обробками є напр штампування, прокатка, витягування в дріт.

- утворюється багато дислокації в різних напрямках (т.зв ліс дислокації), які

перешкоджають руху друг-друга;

- зерна змінюють свою форму. Пройсходіт витягування зерен з утворенням волокнистої або шаруватої структури. З цим збільшується пружність металу.

6. Система залізо - вуглець. Фазова діаграма Fe - C

Фазова діаграма системи залізо - вуглець від чистого заліза до змісту вуглецю 6,7% приведена на рис 6.16.

У чистого заліза пройсходіт при температурах нижче Т плавлення (15380С) два зміни кристалічної структури. При низькій Т (нижче 9120С) стабільної є # 945; залізо (ферит), який має КОЦ грати. Вище 9120С воно переходить в # 947; залізо (аустеніт), який має КГЦ грати. Вище 13940С знову стабільною є КОЦ решітка, але з іншого постійної решітки (# 948; залізо).

Змісту вуглецю 6,7% відповідає хімічна сполука Fe3C (цементит).

Вуглець утворює в залозі твердий розчин впровадження, тобто його атоми впроваджуються в

міжвузольні порожнечі решітки заліза. Тому розчинність С залозі невелика,

особливо в # 945; залізо і в # 948; залізо. Напр в фериті максимальна розчинність 0,022%.

У аустените, який стабільний вище температури 7270С, С розчиняється значно більше:

макс розчинність 2,14%.

Цементит утворюється, якщо вуглецю більше, ніж його розчиняється в # 945; - або # 947; залізо. він

особливо міцний і крихкий.

На діаграмі є евтектична, евтектойдная і перитектическая точки і

відпо ізотерми (горизонтальні лінії) при температурах 11470С, 7270С і 14930С.

При цих температурах протікають відповідні інваріантні реакції:

Залізо і його сплави з вуглецем поділяються на три групи:

1) чисте залізо - містить вуглецю менше ніж 0,008%;

2) сталь - містить вуглецю від 0,008 до 2,14%;

3) чавун - містить вуглецю від 2,14 до 6,7% (зазвичай до 4,5%).

Розглянемо мікроструктуру сталі в залежності від вмісту в ньому вуглецю.

При охолодженні евтектойдного сплаву (0,76% С) утворюється структура,

що складається з шарів # 945; і Fe3C. Така структура називається перлітом. Якщо в сплаві вуглецю менше, ніж 0,76%, то утворюється структура, що складається з шарів фериту (# 945;), між якими знаходиться перліт. Якщо в сплаві вуглецю більше, ніж 0,67%, то утворюється структура, де між шарами цементиту (Fe3C) знаходиться перліт. Склад фериту і цементиту у всіх сплавах однаковий, але мікроструктура (вид і розташування кристалітів) і тим самим властивості сплавів різні.