Nachdem ein Material nachgibt, wird das Phänomen, bei dem seine Festigkeit und Härte zunehmen, während seine Plastizität und Zähigkeit mit zunehmender Verformung abnehmen, Kaltverfestigung oder Kaltverfestigung genannt.
02
Mechanismus
Mit fortschreitender plastischer Verformung nimmt die Versetzungsdichte kontinuierlich zu. Daher verstärkt sich die Überschneidung von Versetzungen während der Bewegung, was zu festen Spaltungen, Versetzungsverschränkungen und anderen Hindernissen führt. Dies erhöht den Widerstand gegen Versetzungsbewegungen, was zu einem erhöhten Verformungswiderstand führt und eine weitere plastische Verformung erschwert, wodurch die Festigkeit des Metalls erhöht wird.
Regel: Mit zunehmendem Verformungsgrad nehmen Festigkeit und Härte des Werkstoffs zu, während Plastizität und Zähigkeit abnehmen. Die Versetzungsdichte nimmt kontinuierlich zu. Nach dem Formeldiagramm ist die Stärke direkt proportional zur ersten Potenz der Versetzungsdichte ρ. Je größer der Burgers-Vektor b der Versetzungen ist, desto deutlicher ist der verstärkende Effekt.
03
Methoden
Kaltverformung wie Kaltpressen, Walzen, Kugelstrahlen usw.
04
Beispiel
Kaltgezogener Stahldraht kann seine Festigkeit um ein Vielfaches erhöhen.
05
Die praktische Bedeutung der Dehnungsverstärkung (Vor- und Nachteile)
(1) Vorteile:
① Dehnungsverfestigung ist eine wirksame Methode zur Verstärkung von Metallen. Bei Materialien, die nicht durch Wärmebehandlung gestärkt werden können, kann die Festigkeit durch Dehnungsverfestigung um ein Vielfaches erhöht werden.
② Es ist ein wichtiger Faktor bei der Umformung bestimmter Werkstücke oder Halbzeuge, da es eine gleichmäßige Verformung des Metalls ermöglicht und die Umformung von Werkstücken oder Halbzeugen ermöglicht, beispielsweise kaltgezogener Stahldraht und Stanzen von Teilen.
③ Dehnungsverstärkung kann auch die Sicherheit von Teilen oder Komponenten während des Gebrauchs verbessern. Wenn in bestimmten Teilen eines Teils eine Spannungskonzentration oder Überlastung auftritt, kommt es an dieser Stelle zu einer plastischen Verformung. Durch die Kaltverfestigung wird die Verformung des überlasteten Teils gestoppt und so die Sicherheit erhöht.
(2) Nachteile:
① Dehnungsverstärkungen führen auch zu Problemen bei der Materialproduktion und -verwendung. Die Verformung erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Plastizität, was eine weitere Verformung erschwert und mehr Kraft erfordert.
② Damit sich das Material weiter verformen kann, ist zwischendurch ein Rekristallisationsglühen erforderlich, damit sich das Material ohne Rissbildung weiter verformen kann, was die Produktionskosten erhöht. Bild Bild II. Festlösungsverfestigung Bild 01 Definition Festlösungsverfestigung ist das Phänomen, dass die Festigkeit und Härte einer festen Lösung zunehmen, während ihre Plastizität und Zähigkeit mit zunehmendem Gehalt an gelösten Atomen abnimmt.. 02 Mechanismus (1) Die Auflösung gelöster Atome verzerrt das Kristallgitter der festen Lösung und behindert die Bewegung von Versetzungen auf Gleitoberflächen. (2) Cotillard-Atmosphären, die durch die Trennung gelöster Atome auf Versetzungslinien entstehen, fixieren Versetzungen und erhöhen den Widerstand gegen Versetzungsbewegungen. (3) Die Segregation gelöster Atome in Stapelfehlerregionen behindert die Bewegung ausgedehnter Versetzungen. Alle Faktoren, die die Versetzungsbewegung behindern und den Widerstand gegen die Versetzungsbewegung erhöhen, können die Festigkeit erhöhen.. 03 Regeln ① Innerhalb des Löslichkeitsbereichs der festen Lösung gilt: Je größer der Massenanteil des Legierungselements, desto größer die Verstärkungswirkung. ② Je größer der Größenunterschied zwischen gelösten Atomen und Lösungsmittelatomen ist, desto signifikanter ist der verstärkende Effekt. ③ Die verstärkende Wirkung gelöster Elemente, die interstitielle feste Lösungen bilden, ist größer als die von Elementen, die substitutionelle feste Lösungen bilden.
④ Je größer der Unterschied in der Anzahl der Valenzelektronen zwischen gelösten Atomen und Lösungsmittelatomen ist, desto größer ist der verstärkende Effekt.
04
Verfahren
Legieren, also das Hinzufügen von Legierungselementen.
05
Beispiel
Die Festigkeit von Kupfer-Nickel-Legierungen ist größer als die von reinen Kupfer- und Nickelmetallen.
Bild Bild
III. Stärkung der Kornverfeinerung
Bild 01
Definition
Das Phänomen, dass Festigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit eines Materials mit abnehmender Korngröße zunehmen, wird als Kornfeinungsverfestigung bezeichnet.
02
Mechanismus
Das Prinzip liegt in der behindernden Wirkung von Korngrenzen auf den Versetzungsschlupf. Bei polykristallinen Materialien muss die Versetzungsbewegung den Widerstand der Korngrenzen überwinden. Dies liegt daran, dass die Orientierungen der Versetzungen auf beiden Seiten einer Korngrenze unterschiedlich sind. Daher kann in einem bestimmten Korn eine Gleitversetzung die Korngrenze nicht direkt in ein benachbartes Korn überqueren. Erst wenn sich eine große Anzahl von Versetzungen an der Korngrenze ansammeln und eine Spannungskonzentration verursachen, kann die Bewegung vorhandener Versetzungen in benachbarten Körnern angeregt werden, um Schlupf zu erzeugen. Je feiner die Körnung ist, desto höher ist die Materialfestigkeit.
03
Regel
Feinere Körner führen zu größeren Korngrenzenbereichen. Gemäß der Hall-Page-Formel ist die Streckgrenze σs des Materials umso höher, je kleiner der durchschnittliche Korndurchmesser d ist.
04
Methoden zur Veredelung von Getreide
① Während der Kristallisation können Körner durch zunehmende Unterkühlung, Modifikationsbehandlung, Vibration und Rühren verfeinert werden, um die Keimbildungsrate zu erhöhen.
② Bei kalt verformten Metallen können die Körner durch Steuerung des Verformungsgrads und der Glühtemperatur verfeinert werden.
③ Körner können durch Normalisierungs- und Glühwärmebehandlungen verfeinert werden.
④ Legierungselemente können dem Stahl zugesetzt werden, um neue Phasen zu bilden und dadurch das Kornwachstum zu hemmen.
Bild Bild
IV. Zweite Phase der Stärkung
Bild 01
Definition
Das Vorhandensein einer oder mehrerer anderer Phasen in der Metallmatrix erhöht die Festigkeit des Metalls. Abhängig vom Prozess zur Erlangung der zweiten Phase wird die Zweitphasenverfestigung unterteilt in: ① Ausfällungsverfestigung: Erzielung der zweiten Phase durch Phasenumwandlungswärmebehandlung; ② Dispersionsverstärkung: Erhalten der zweiten Phase durch Pulversintern oder innere Oxidation.
02
Mechanismus
Wenn eine Luxation während ihrer Bewegung auf eine zweite Phase stößt, muss sie die zweite Phase umgehen oder durchschneiden. Somit behindert die zweite Phase die Bewegung der Versetzung und erhöht dadurch die Festigkeit des Materials.
03
Beispiel
Das Vorhandensein von Zementit im Stahl erhöht seine Festigkeit.
