01. Katı Çözüm Güçlendirmesi
Tanım
Katı çözelti güçlendirmesi, alaşım elementlerinin ana metal içinde çözünerek kafes bozulmasına neden olduğu ve alaşımın mukavemetini arttırdığı olgudur.
Prensip
Katı çözelti içinde çözünen çözünen atomlar, dislokasyon hareketine karşı direnci artıran ve kaymayı daha zor hale getiren kafes distorsiyonu yaratır. Sonuç olarak alaşım katı çözeltisinin mukavemeti ve sertliği artar. Bu güçlendirme mekanizması katı bir çözelti oluşturmak için çözünen atomların çözülmesine dayanır. Uygun çözünen madde konsantrasyonuyla malzemenin mukavemeti ve sertliği artar, ancak tokluğu ve sünekliği azalabilir.
Etkileyen Faktörler
Çözünen atomların atomik fraksiyonu ne kadar yüksek olursa, özellikle düşük konsantrasyonlarda güçlendirme etkisi o kadar güçlü olur.
Çözünen ve baz metal atomları arasındaki boyut farkı ne kadar büyük olursa, güçlendirme o kadar belirgin olur.
Arayer çözünen atomları, ikame olanlardan daha güçlü bir güçlendirme etkisine sahiptir. Vücut-merkezli kübik kristallerde, ara atomlar asimetrik kafes distorsiyonuna neden olur, bu da yüz-merkezli kübik kristallere göre daha fazla güçlenmeye neden olur. Ancak arayer atomlarının çözünürlüğü sınırlıdır.
Çözünen ve baz atomları arasındaki değerlik elektron sayıları arasındaki fark ne kadar büyük olursa, güçlendirme etkisi o kadar güçlü olur. Verim gücü elektron konsantrasyonuyla artar.
Güçlendirme Derecesi Bağlıdır:
Çözünen ve baz atomları arasındaki boyut farkı: Daha büyük boyut uyumsuzluğu dislokasyon direncini artırır.
Alaşım elementlerinin miktarı: Daha fazla alaşımlama=daha güçlü etki sağlar, ancak aşırı miktarlar çözünürlük sınırını aşabilir ve ikinci aşama güçlendirme gibi başka güçlendirme yöntemleri gerektirebilir.
Arayer atomları, yer değiştiren atomlardan daha fazla kuvvetlenir.
Çözünen madde ve matris metali arasındaki değerlik elektron farkı güçlendirmeyi arttırır.
Efektler
Akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve sertlik saf metallerinkini aşar.
Saf metallerle karşılaştırıldığında genellikle daha düşük süneklik.
Saf metallere göre daha düşük elektrik iletkenliği.
Geliştirilmiş sürünme direnci ve{0}yüksek sıcaklık dayanımı.
02. İş Sertleşmesi (Gerilme Sertleşmesi)
Tanım
Soğuk deformasyon arttıkça metalin mukavemeti ve sertliği artarken, plastisite ve tokluk azalır.
Genel Bakış
Metaller yeniden kristalleşme sıcaklıklarının altında plastik olarak deforme olduklarında daha güçlü ve sert hale gelirler ancak daha az sünek ve tok olurlar. Soğuk çalışma sertleşmesi olarak da bilinir. Plastik deformasyon sırasında dislokasyonlar karışır, taneler uzar, kırılır ve lifli hale gelir. Artık stres eklenir. Sertleşme derecesi genellikle deformasyondan önceki ve sonraki yüzey mikro sertliğinin ve sertleşmiş tabakanın derinliğinin oranıyla ölçülür.
Dislokasyon Teorisi Açıklaması
Dislokasyonlar kesişir ve hareketin önündeki engellere benzer-bir adım oluşturur.
Dislokasyonlar, hareketi engelleyen hareketsiz dislokasyonlar oluşturacak şekilde reaksiyona girer.
Dislokasyon çoğalması yoğunluğu artırır ve hareketi daha da engeller.
Dezavantajları
İşin sertleşmesi daha sonraki işlemleri zorlaştırır. Örneğin, soğuk-haddelenmiş çelik giderek sertleşir ve işlenemez hale gelir; yumuşaması için ara tavlama gerekir. Talaşlı imalatta yüzey sertleştirme kesme kuvvetini ve takım aşınmasını artırır.
Faydalar
Özellikle ısıl işlemle güçlendirilemeyen saf metaller ve alaşımlar için (örneğin, soğuk-yüksek-çekilmiş-mukavemetli teller, soğuk{-haddelenmiş yaylar, tank rayları, kırıcı çeneler, demiryolu anahtarları) metal mukavemetini, sertliğini ve aşınma direncini artırır.
Makine Mühendisliğinde Uygulamalar
Soğuk çekme, haddeleme ve bilyalı dövme, malzemelerin ve bileşenlerin yüzey mukavemetini büyük ölçüde artırır.
Stres altında lokalize plastik deformasyon, iş sertleşmesi nedeniyle sınırlanabilir ve bu da bileşen güvenliğini artırır.
Damgalamada, sertleştirilmiş alanlar deformasyonu daha yumuşak bölgelere yönlendirerek bölümler arasında eşit deformasyona izin verir.
Talaşların ayrılmasını kolaylaştırarak düşük-karbonlu çeliklerin işlenebilirliğini artırır. Ancak ileri işlemlerde enerji tüketimini ve talaşlı imalatta takım aşınmasını artırır.
03. Tane İnceltme Güçlendirmesi
Tanım
Tane inceltme güçlendirmesi, tane boyutunu küçülterek mekanik özellikleri iyileştirir.
Prensip
Metaller polikristaldir. Daha küçük taneler (yani birim hacim başına daha fazla tane) daha yüksek mukavemet, sertlik, plastisite ve tokluk ile sonuçlanır. Daha ince taneler deformasyonu daha eşit bir şekilde dağıtır, gerilim konsantrasyonunu azaltır ve çatlak ilerlemesini engeller. Böylece tanelerin rafine edilmesi mukavemeti arttırır.
Efektler
Daha ince taneler, dislokasyon yığılma gerilimini-azaltarak gücü artırır.
Hall-Petch ilişkisine göre, daha küçük tane boyutu ddd, daha yüksek akma dayanımına yol açar.
Tahılları Rafine Etme Yöntemleri
Aşırı soğutmayı artırın.
Aşılama tedavisi.
Katılaşma sırasında titreşim ve karıştırma.
Soğuk-deforme olmuş metallerde: deformasyon derecesini ve tavlama sıcaklığını kontrol edin.
04. İkinci Aşama Güçlendirme
Tanım
Çok fazlı alaşımlarda matris fazının yanında ikinci bir faz daha bulunmaktadır. İnce bir şekilde dağılmış ikinci-faz parçacıkları matriste eşit şekilde dağıldığında, alaşımı önemli ölçüde güçlendirirler. Bu, ikinci-aşama güçlendirme olarak bilinir.
Türler
Dislokasyon hareketi açısından ikinci-faz parçacıkları şu şekilde sınıflandırılır:
-Deforme olamayan parçacıklar: bypass mekanizması (Orowan mekanizması) yoluyla güçlendirme.
Deforme olabilen parçacıklar: kesme mekanizması yoluyla güçlendirme.
Dispersoid güçlendirme ve çökelme sertleşmesi, ikinci-faz güçlendirmenin spesifik biçimleridir.
Efektler
İkinci-faz parçacıkları dislokasyonlarla etkileşime girerek hareketlerini engeller ve alaşımın deformasyona karşı direncini artırır.
Gücü Etkileyen Diğer Faktörler
Alaşımın bileşimi, mikro yapısı ve yüzey durumu.
Yükleme koşulu: hız, mod (gerilme vs. döngüsel).
Numune geometrisi ve test ortamı (örneğin, hidrojen gevrekleşmesi mukavemeti önemli ölçüde azaltabilir).
Güçlendirme Yaklaşımları Özeti
Metalleri güçlendirmenin iki ana yolu:
Atomik bağlanma kuvvetini artırın ve hatasız-kristaller (örneğin bıyıklar) oluşturun.
Dislokasyon hareketini engellemek için kusurları (dislokasyonlar, çözünen atomlar, tane sınırları vb.) tanıtmanın - en etkili yöntem olduğu kanıtlanmıştır.
Mühendislik malzemeleri genellikle optimum performansa ulaşmak için güçlendirme mekanizmalarının bir kombinasyonuna dayanır.
