El rendimiento de la resistencia de los materiales metálicos y sus factores influyentes
La resistencia al rendimiento se refiere a la tensión en la que el material comienza a producir deformación plástica macroscópica. Para el material con fenómeno de rendimiento obvio, la resistencia al rendimiento es el valor del rendimiento del estrés del punto de rendimiento. Para los materiales cuyo fenómeno de rendimiento no es obvio, una cierta deformación residual generalmente se especifica como el estándar en la curva de tensión-deformación, como la resistencia de rendimiento generalmente tomada como el estrés de la deformación residual del 0.2%, y el símbolo es σ0.2 o σys.
La resistencia al rendimiento generalmente se usa como un índice de evaluación de propiedades mecánicas de los materiales sólidos y es el límite de uso real de los materiales.
Factores internos que influyen en la fuerza del rendimiento
Los factores internos que afectan la fuerza del rendimiento son:
1. Naturaleza metálica y tipo de red: la resistencia al rendimiento de un cristal único de metal puro está determinado por la resistencia al movimiento de dislocación. Estas resistencia se pueden dividir en resistencia a la red y resistencia generada por la interacción entre dislocaciones. La fuerza de la red está relacionada con el ancho de dislocación y el vector Bergdahl, que a su vez están relacionados con la estructura cristalina. La resistencia causada por la interacción entre las dislocaciones incluye la resistencia causada por la interacción entre las dislocaciones paralelas y la resistencia causada por la interacción entre la dislocación en movimiento y la dislocación del bosque. Se expresa por la fórmula: t = αGB/L, donde α es el coeficiente proporcional, y debido a que la densidad ρ es proporcional a 1/L2, por lo tanto, t = αGB-ρ1/2, se puede ver que la densidad aumenta , la fuerza de rendimiento también aumenta.
2. Tamaño de grano y subestructura: la influencia del tamaño del grano es un reflejo de la influencia de los límites de grano. La reducción del tamaño del grano aumentará el número de obstáculos de movimiento de dislocación, y reducir la longitud del grupo de empaque de dislocación dentro del grano aumentará la resistencia al rendimiento. La relación entre la resistencia del rendimiento y el tamaño del grano de muchos metales y aleaciones se ajusta a la fórmula de Holpage σs = σj+kyd-1/2, donde σj es la resistencia total del movimiento de dislocación en el metal base, también conocido como resistencia fricional, que es determinado por la estructura cristalina y la densidad de dislocación. KY es la constante de fijación que mide la contribución del límite de grano al fortalecimiento, o el coeficiente de concentración de estrés al final de la zona de deslizamiento. D es el tamaño promedio de grano. Los límites de subgran actúan de manera similar a los límites de grano y también obstaculizan el movimiento de dislocaciones.
3. Elemento soluto: el metal puro en los átomos de soluto para formar aleaciones de solución sólida intersticial o de reemplazo mejorarán significativamente la resistencia al rendimiento, que es el fortalecimiento de la solución sólida. Esto se debe principalmente a la diferencia en el diámetro de los átomos de soluto y los átomos de solvente, que forma un campo de estrés de distorsión de la red alrededor del soluto, y el campo de estrés produce una interacción, de modo que el movimiento de dislocación se bloquea y la resistencia al rendimiento aumenta.
4. La segunda fase: ingeniería de materiales metálicos, su microestructura es generalmente polifásica. La influencia de la segunda resistencia al rendimiento relativo está estrechamente relacionada con si la partícula misma puede deformarse en el proceso de deformación del rendimiento del material metálico. Según esto, las partículas de la segunda fase se pueden dividir en dos categorías: no deformables y deformables.
Según la teoría de la dislocación, la línea de dislocación solo puede evitar la partícula de segunda fase no defensable, por lo que se debe superar la tensión de línea de la dislocación curva. La resistencia del rendimiento y el estrés de flujo de los materiales metálicos con partículas de segunda fase no defensables se determinan mediante el espacio entre las partículas de la segunda fase. Para las partículas de segunda fase deformables, la dislocación se puede cortar para que se deforma con la matriz, aumentando así la resistencia al rendimiento.
El efecto de fortalecimiento de la segunda fase también está relacionado con el tamaño, la forma, la cantidad y la distribución de la segunda fase, la resistencia de la segunda fase y la matriz, las características de endurecimiento de plástico correspondientes, la coordinación cristalográfica entre las dos fases y la interfaz energía. En el caso de la misma relación de volumen de la segunda fase, la partícula larga afecta significativamente el movimiento de dislocación, por lo que la resistencia de rendimiento del material metálico con tal estructura es mayor que la del material esférico.
En resumen, la intensidad del rendimiento, que representa la resistencia a la deformación microplástica de los metales, es un índice de propiedad mecánica que es extremadamente sensible a la composición y la estructura. Afectados por muchos factores internos, la resistencia al rendimiento puede cambiarse significativamente al cambiar la composición de aleación o el proceso de tratamiento térmico.
Factores externos que influyen en la fuerza del rendimiento
1. Temperatura: generalmente aumenta la temperatura del rendimiento de los materiales metálicos disminuye, pero la estructura cristalina de los materiales metálicos es diferente, y su tendencia de cambio no es la misma.
2. Velocidad de deformación: cuando la tracción, la velocidad de carga aumenta, la velocidad de deformación aumenta y la resistencia del material metálico aumentará. Esto se debe principalmente a que cualquier metal tiene su propia velocidad de propagación de deformación plástica, y si la velocidad de carga es mayor que su propia velocidad de propagación de plástico, inevitablemente conducirá a un aumento en el punto de rendimiento. Esto se debe a que la velocidad de carga es demasiado rápida, la rotación de la superficie del cristal en la dirección de la fuerza externa es insuficiente, y el deslizamiento se verá obstaculizado en el proceso de crecimiento y expansión de la muestra, que se manifiesta en el aumento de la resistencia de la deformación plástica inicial en el nivel macro. Por lo tanto, con la aparición de endurecimiento por deformación, no se puede llevar a cabo la recuperación de la eliminación espontánea del endurecimiento, y el endurecimiento por deformación obstaculizará el desarrollo continuo de la deformación, por lo que para lograr la deformación residual requerida, es necesario continuar aumentando la fuerza externa , que también se manifiesta en la mejora de la resistencia inicial de deformación plástica.
3. Estado de estrés: la influencia del estado de estrés en la resistencia de rendimiento de los materiales metálicos también es muy importante. Cuanto más grande sea el componente de tensión de corte, más propicio para la deformación plástica del material, menor es la resistencia del rendimiento, por lo que la resistencia de rendimiento de la torsión que la tracción es baja, la tracción es menor que la resistencia al rendimiento de la flexión, la resistencia del rendimiento de la El material bajo el mismo estado de estrés es diferente, no es un cambio en las propiedades del material, pero el comportamiento mecánico del material en diferentes condiciones es diferente. A lo que generalmente nos referimos, ya que la resistencia de rendimiento de un material generalmente se refiere a la resistencia de rendimiento en el estiramiento unidireccional.
Cómo mejorar la fuerza del rendimiento
1. Modificación de aleación
La modificación de la aleación es un método común para mejorar la resistencia al rendimiento de los metales. Al agregar elementos al metal, formando una solución sólida, fase de endurecimiento por precipitación o solución sólida intersticial, etc., mejoran la microestructura del metal, aumentando así la resistencia del metal. Por ejemplo, la adición de elementos de tierras raras a las aleaciones de aluminio puede mejorar significativamente su resistencia al rendimiento.
2. Tratamiento térmico
El tratamiento térmico incluye métodos de recocido, enfriamiento y templado. Al controlar la temperatura, el tiempo y la velocidad de enfriamiento del tratamiento térmico, el tamaño del grano del metal se refina, el límite de grano se purifica y la densidad de dislocación aumenta y se mejora la resistencia al rendimiento del metal. Por ejemplo, el enfriamiento puede aumentar significativamente la resistencia al rendimiento y la dureza del acero.
3. Endurecimiento del trabajo en frío
El endurecimiento del trabajo en frío significa que la densidad de dislocación aumenta a través de la deformación del trabajo en frío del metal, y la resistencia y la dureza del metal se mejoran al obstaculizar el movimiento de dislocación. Por lo general, utilizando compresión, estiramiento, flexión y otros métodos de procesamiento de frío. Por ejemplo, el cobre puede aumentar significativamente su resistencia al rendimiento después de la deformación de la tracción.
4. Ingeniería de límites de grano
La ingeniería de límites de grano es un método para mejorar la resistencia al rendimiento del metal utilizando la influencia del límite de grano en las propiedades del material. La resistencia al rendimiento de los metales puede mejorarse significativamente controlando la interacción de los límites de grano metálico y el efecto obstaculizado de las dislocaciones. Por ejemplo, la resistencia al rendimiento del cobre puede mejorarse significativamente ajustando el ángulo límite de grano y la morfología límite de grano.
5. Tratamiento de superficie
El tratamiento de la superficie es un método para mejorar la resistencia al rendimiento de un metal por modificación de la superficie. Por ejemplo, el uso de la tecnología de placas de cobre electroales puede formar un recubrimiento de cobre uniforme en la superficie del acero, de modo que la superficie del acero forma una nueva estructura y organización, mejorando así su resistencia al rendimiento.
