01. 고용체 강화
정의
고용강화란 합금원소가 모재에 용해되어 격자왜곡을 일으키고 합금의 강도를 높이는 현상이다.
원칙
고용체에 용해되는 용질 원자는 격자 왜곡을 생성하여 전위 운동에 대한 저항을 증가시켜 미끄러짐을 더욱 어렵게 만듭니다. 결과적으로 합금 고용체의 강도와 경도가 증가합니다. 이 강화 메커니즘은 용질 원자를 용해시켜 고용체를 형성하는 것에 의존합니다. 적절한 용질 농도를 사용하면 재료의 강도와 경도가 향상되지만 인성과 연성은 감소할 수 있습니다.
영향을 미치는 요인
용질 원자의 원자 분율이 높을수록 특히 낮은 농도에서 강화 효과가 더 강해집니다.
용질과 비금속 원자 사이의 크기 차이가 클수록 강화 효과가 더 커집니다.
간질 용질 원자는 치환 용질 원자보다 강화 효과가 더 강합니다. 체심 입방 결정에서 격자간 원자는 비대칭 격자 왜곡을 유발하여 면-입방 결정보다 더 강화됩니다. 그러나 격자간 원자의 용해도는 제한되어 있습니다.
용질 원자와 기본 원자 사이의 원자가 전자 수의 차이가 클수록 강화 효과가 더 강해집니다. 전자 농도에 따라 항복 강도가 증가합니다.
강화 정도는 다음에 달려 있습니다.:
용질 원자와 기본 원자 사이의 크기 차이: 크기 불일치가 클수록 전위 저항이 증가합니다.
합금 원소의 양: 더 많이 합금하면=더 강한 효과가 있지만 과도한 양은 용해도 한계를 초과할 수 있으며 2단계 강화와 같은 다른 강화 방법이 필요할 수 있습니다.
틈새 원자는 치환 원자보다 더 강합니다.
용질과 매트릭스 금속 사이의 원자가 전자 차이는 강화를 향상시킵니다.
효과
항복강도, 인장강도, 경도가 순금속보다 뛰어납니다.
일반적으로 순금속에 비해 연성이 낮습니다.
순수 금속에 비해 전기 전도도가 낮습니다.
크리프 저항성과 고온-강도가 향상되었습니다.
02. 가공경화(변형경화)
정의
냉간 변형이 증가할수록 금속의 강도와 경도는 증가하고, 가소성과 인성은 감소합니다.
개요
금속이 재결정 온도 이하에서 소성 변형되면 더 강해지고 단단해지지만 연성과 인성은 낮아집니다. 냉간 가공 경화라고도 합니다. 소성 변형 중에 전위가 엉키고 입자가 늘어나고 부서지며 섬유질이 됩니다. 잔류 응력이 도입됩니다. 경화 정도는 일반적으로 변형 전과 후의 표면 미세경도와 경화층의 깊이의 비율로 측정됩니다.
전위 이론 설명
탈구는 교차하여 움직임에 방해가 되는 것처럼 -계단을 형성합니다.
탈구는 반응하여 움직임을 방해하는 움직이지 않는 탈구를 형성합니다.
탈구 증가는 밀도를 증가시켜 움직임을 더욱 방해합니다.
단점
가공 경화로 인해 추가 처리가 복잡해집니다. 예를 들어, 냉간압연강-은 점점 단단해지고 가공이 불가능해지기 때문에 연화하려면 중간 어닐링이 필요합니다. 가공 시 표면 경화는 절삭력과 공구 마모를 증가시킵니다.
이익
특히 열처리로 강화할 수 없는 순수 금속 및 합금(예: 냉간-인발 고강도 와이어, 냉간{4}}압연 스프링, 탱크 트랙, 분쇄기 조, 철도 스위치)의 경우 금속 강도, 경도 및 내마모성을 향상시킵니다.
기계공학 응용
냉간 인발, 압연, 쇼트 피닝은 재료와 부품의 표면 강도를 크게 향상시킵니다.
가공 경화로 인해 응력 하에서 국부적인 소성 변형이 제한되어 부품 안전성이 향상됩니다.
스탬핑에서 경화된 영역은 더 부드러운 영역으로 변형을 유도하여 단면 전체에 걸쳐 균일한 변형을 허용합니다.
칩 분리를 더 쉽게 만들어 저탄소강의 가공성을 향상시킵니다.- 그러나 추가 가공 시 에너지 소비가 증가하고 가공 시 공구 마모가 증가합니다.
03. 입자미세 강화
정의
결정립 미세화 강화는 결정립 크기를 줄여 기계적 특성을 향상시킵니다.
원칙
금속은 다결정질입니다. 입자가 작을수록(즉, 단위 부피당 입자가 많을수록) 강도, 경도, 가소성 및 인성이 높아집니다. 미세한 입자는 변형을 더욱 고르게 분산시키고 응력 집중을 감소시키며 균열 전파를 방해합니다. 따라서 곡물을 정제하면 강도가 향상됩니다.
효과
미세한 입자는 전위 누적-응력을 줄여 강도를 높입니다.
Hall-Petch 관계에 따르면 입자 크기 ddd가 작을수록 항복 강도가 높아집니다.
곡물을 정제하는 방법
과냉각을 증가시키십시오.
접종 치료.
응고 중 진동 및 교반.
저온-변형 금속의 경우: 변형 정도와 어닐링 온도를 제어합니다.
04. 2단계 강화
정의
다상 합금에는 매트릭스 상 외에 두 번째 상이 존재합니다. 미세하게 분산된 2차-상 입자가 매트릭스에 균일하게 분포되면 합금이 크게 강화됩니다. 이를 2단계-강화라고 합니다.
유형
전위 이동의 관점에서 2차-상 입자는 다음과 같이 분류됩니다.
비-변형 불가능한 입자: 우회 메커니즘(Orowan 메커니즘)을 통해 강화됩니다.
변형 가능한 입자: 절단 메커니즘을 통해 강화됩니다.
분산질 강화 및 석출 경화는 2단계 강화의 특정 형태입니다.-
효과
2차-상 입자는 전위와 상호작용하여 이동을 방해하고 합금의 변형 저항을 증가시킵니다.
강도에 영향을 미치는 기타 요인
합금의 구성, 미세 구조 및 표면 상태.
하중 조건: 속도, 모드(인장 대 순환).
샘플 형상 및 테스트 환경(예: 수소 취성은 강도를 크게 감소시킬 수 있음)
강화 접근법 요약
금속을 강화하는 두 가지 주요 경로:
원자 결합력을 높이고 결함이 없는-결정(예: 수염)을 생성합니다.
전위 이동을 방해하기 위한 결함(전위, 용질 원자, 결정립계 등)을 도입하는 것이 가장 효과적인 방법임이 입증되었습니다.-
엔지니어링 재료는 일반적으로 최적의 성능을 달성하기 위해 강화 메커니즘의 조합에 의존합니다.
