חוזק התפוקה של חומרים מתכתיים והגורמים המשפיעים שלו

חוזק תפוקה מתייחס לחומר החומר מתחיל לייצר דפורמציה מאקרו פלסטית כאשר הלחץ. שכן תופעת התשואה היא חומר ברור, חוזק התשואה על נקודת התנובה של הלחץ - ערך התשואה; שכן תופעת התשואה אינה חומר ברור, בדרך כלל תהיה עקומת מתח - מתח על מנת לספק את התרחשות של כמות מסוימת של עיוות שיורי כסטנדרט, כגון בדרך כלל 0.2% עיוות שיורי של מתח כחוזק התשואה, הסמל עבור σ0.2 או σys.
חוזק תפוקה משמש בדרך כלל כמדד הערכה של התכונות המכניות של חומרים מוצקים, והוא מגבלת השימוש בפועל של החומר.
גורמים פנימיים המשפיעים על חוזק התשואה
גורמים פנימיים המשפיעים על חוזק התשואה הם:
1. אופי מתכת וסוג סריג - חוזק התפוקה של גביש יחיד מתכתי טהור נקבע על ידי ההתנגדות לתנועת נקע. התנגדויות אלו מובדלות בין התנגדות סריג להתנגדות הנובעת מאינטראקציות בין נקעים. כוחות הסריג קשורים לרוחבי הנקע ולווקטורים של ברגנר, שניהם בתורם קשורים למבנה הגבישי. ההתנגדות שנוצרת על ידי אינטראקציה בין נקעים כוללת את ההתנגדות שנוצרת מהאינטראקציה בין נקעים מקבילים ואת ההתנגדות שנוצרת מהאינטראקציה בין נקעים נעים לנקעים ביער. זה מבוטא על ידי הנוסחה: T= Gb/L, שבו הוא גורם קנה המידה, ומכיוון שהצפיפות ρ פרופורציונלית ל-1/L2, לכן, T= Gbρ1/2, שמראה כי עלייה בצפיפות מגדילה את חוזק התפוקה.
2. גודל גרגר ותשתית - השפעת גודל הגרגיר היא שיקוף של השפעת גבולות הגרגר, הקטנת גודל הגרגר תגדיל את מספר מחסומי תנועת הנקע ותפחית את אורך קבוצת סתימת הנקע בתוך הגרגר, מה שיביא עלייה בחוזק התנובה. מתכות וסגסוגות רבות של חוזק התפוקה וגודל הגרגירים של הקשר תואמים את הנוסחה של הולפגגר σs=σj + kyd-1/2, שבה σj הוא הנקע במתכת הבסיס בתנועה של ההתנגדות הכוללת, הידועה גם כהתנגדות חיכוך, אשר נקבעת על ידי מבנה הגביש וצפיפות הנקעים; ky הוא מדד לגבולות התבואה על חיזוק התרומה לגודל קבוע ההצמדה, או שקצה פס ההחלקה של מקדם ריכוז המתח; ד לגודל הממוצע של הגרגרים. גבולות תת-גרגיריים פועלים בדומה לגבולות התבואה וגם מעכבים את תנועת הנקעים.
3. יסודות מומסים - מתכת טהורה לתוך האטומים המומסים ליצירת סגסוגת פתרון מוצק מסוג interstitial או תחליף תגדיל משמעותית את חוזק התשואה, זהו חיזוק הפתרון המוצק. הדבר נובע בעיקר מהאטומים המומסים ואטומי הממס בקטרים ​​שונים, במומס סביב היווצרות שדה הלחץ של עיוות הסריג, שדה הלחץ מייצר אינטראקציה, כך שתנועת הנקע נחסמת, ובכך מגדילה את חוזק התנובה.

4. שלב שני - חומרים מתכתיים הנדסיים שהמיקרו-מבנה שלהם הוא בדרך כלל רב-פאזי. השפעת השלב השני על חוזק התפוקה קשורה מאוד לשאלה האם הפלזמות עצמן יכולות לעוות במהלך עיוות התפוקה של החומר המתכתי. בהתאם לכך, ניתן לחלק את פלזמות השלב השני לשתי קטגוריות: לא ניתנות לעיוות וניתנות לעיוות.
על פי תיאוריית הנקע, קו הנקע יכול לעקוף רק את הפלזמות של השלב השני הבלתי ניתן לעיוות, ומסיבה זו, יש להתגבר על מתח הקו של נקע הכיפוף. חוזק התפוקה והמתח הריאולוגי של חומרים מתכתיים עם פלזמות שלב שני שאינן ניתנות לעיוות נקבעים על ידי המרווח בין פלזמות השלב השני. במקרה של פלזמות שלב שני ניתנות לעיוות, ניתן לחתוך את הנקעים ולעוות אותם יחד עם המטריצה, ובכך גם להגדיל את חוזק התפוקה.
ההשפעה המחזקת של השלב השני קשורה גם לגודלו, צורתו, מספרו ופיזורו, כמו גם לחוזק, פלסטיות ותכונות ההתקשות המתאימות של השלב השני והמטריצה, ההתאמה הקריסטלוגרפית בין שני השלבים ואנרגיה הממשקית. . עבור אותו יחס נפח של השלב השני, הפלזמות המוארכות משפיעות באופן משמעותי על תנועת הנקע, כך שעוצמת התפוקה של חומר מתכתי עם ארגון כזה גבוה מזה של כדורי.
לסיכום, לאפיין את עקבות המתכת עיוות פלסטי עמידות של חוזק תשואה הוא הרכב, הארגון רגיש ביותר לתכונות המכניות של המדד, מושפע מגורמים מהותיים רבים, שינוי הרכב הסגסוגת או תהליך טיפול בחום יכול להפוך את חוזק התפוקה לייצור שינויים משמעותיים.
השפעה על חוזק התשואה של גורמים חיצוניים
1. טמפרטורה - הטמפרטורה הכללית של חומר המתכת ירידה בחוזק התשואה, לעומת זאת, המבנה הגבישי של חומר המתכת שונה, מגמת השינוי אינה זהה.
2. קצב מתח - בעת מתיחה קצב ההעמסה עולה, קצב המתח עולה, חוזק החומר המתכתי יגדל. זה בעיקר בגלל שלכל סוג של מתכת יש מהירות התפשטות דפורמציה פלסטית משלה, אם מהירות הטעינה גדולה ממהירות ההתפשטות הפלסטית שלה, תוביל בהכרח לעלייה בנקודת התפוקה. הסיבה לכך היא שאם קצב הטעינה מהיר מדי, סיבוב המישור הקריסטלוגרפי לכיוון הכוח החיצוני אינו מספיק, וההחלקה נפגעת בגדילה והתרחבות של הדגימה, המתבטאת באופן מקרוסקופי בצורת עלייה. בהתנגדות לעיוות הפלסטי המתחיל. זאת, עם יצירת התקשות הדפורמציה, לא ניתן לבצע ביטול ספונטני של התקשות התגובה, והתקשות דפורמציה תמנע את המשך התפתחות העיוות, ולכן כדי להשיג את העיוות השיורי הרצוי, יש צורך להמשיך להגביר את הכוח החיצוני, שמתבטא גם כעלייה בהתנגדות לעיוות הפלסטי הראשוני.

3. מצב מתח - מצב מתח על חוזק התפוקה של חומרי מתכת הוא גם חשוב מאוד. ככל שמרכיב מתח הגזירה גדול יותר, כך תורם יותר לעיוות פלסטי של החומר, חוזק התפוקה נמוך יותר, כך שפיתול מחוזק התפוקה של מתיחה נמוך, מתיחה מחוזק התנובה של כיפוף נמוך, אותו מצב מתח של החומר חוזק התפוקה שונה, אינו שינוי באופי החומר, אלא החומר בתנאים שונים של הביצועים של ההתנהגות המכנית של השונה בלבד. בדרך כלל אנו אומרים כי חוזק התפוקה של החומר מתייחס בדרך כלל לחוזק התפוקה במתיחה חד כיוונית.
כיצד לשפר את חוזק התנובה
1. שינוי סגסוגת
שינוי סגסוגת היא שיטה נפוצה לשיפור חוזק התפוקה של מתכות. באמצעות הוספת אלמנטים במתכת, היווצרות תמיסה מוצקה, שלב התקשות משקעים או תמיסה מוצקה בין תשתיות וכו', לשיפור המיקרו-מבנה של המתכת, ובכך לשפר את חוזק המתכת. לדוגמה, תוספת של יסודות אדמה נדירים לסגסוגות אלומיניום יכולה להגדיל משמעותית את חוזק התפוקה שלהם.
2. טיפול בחום
טיפול בחום כולל שיטות חישול, כיבוי וטמפרור. על ידי בקרת הטמפרטורה, הזמן וקצב הקירור של טיפול בחום, גודל הגרגר של המתכת מתעדן, גבול הגרגיר מטוהר וצפיפות הנקע מוגברת, כדי לשפר את חוזק התשואה של המתכת. לדוגמה, מרווה יכול להגדיל באופן משמעותי את חוזק התפוקה והקשיות של פלדה.
3. התקשות עבודה קרה
התקשות בעבודה קרה מתייחסת לעלייה בצפיפות הנקע באמצעות עיוות עבודה קרה של מתכת ושיפור החוזק והקשיות של המתכת על ידי הפרעה לתנועת הנקעים. בדרך כלל השתמש בדחיסה, מתיחה, כיפוף ושיטות עבודה קרות אחרות. לדוגמה, נחושת יכולה להגדיל באופן משמעותי את חוזק התפוקה שלה לאחר עיוות מתיחה.
4. הנדסת גבול תבואה
הנדסת גבול תבואה היא שיטה לשיפור חוזק התפוקה של מתכות על ידי ניצול השפעת גבולות התבואה על תכונות החומר. על ידי שליטה באינטראקציה של גבולות גרגרי מתכת והאפקט המעכב של נקעים, ניתן לשפר משמעותית את חוזק התפוקה של מתכות. לדוגמה, ניתן לשפר משמעותית את חוזק התפוקה של נחושת על ידי התאמת זווית גבול הגרגר ומורפולוגיה של גבול הגרגר.
5. טיפול פני השטח
טיפול פני השטח הוא שיטה לשיפור חוזק התפוקה של מתכת באמצעות שינוי פני השטח. לדוגמה, השימוש בטכנולוגיית ציפוי נחושת כימי יכול לגרום למשטח הפלדה ליצור שכבה של ציפוי נחושת אחיד, כך שמשטח הפלדה ייצור מבנה וארגון חדשים, ובכך לשפר את חוזק התפוקה שלו.
לסיכום, קיימות שיטות שונות לשיפור חוזק התפוקה של חומרים מתכתיים, לרבות שינוי סגסוגת, טיפול בחום, התקשות בעבודה קרה, הנדסת גבול תבואה וטיפול פני השטח. ביישום מעשי, יש צורך לבחור שיטות מתאימות לשיפור בהתאם לסוגי חומרים שונים וסביבות שימוש.