Resistência de escoamento de materiais metálicos e seus fatores de influência
A força de escoamento refere -se à tensão em que o material começa a produzir deformação plástica macroscópica. Para o material com fenômeno óbvio de rendimento, a força de escoamento é o valor de rendimento do estresse do ponto de rendimento. Para materiais cujo fenômeno de rendimento não é óbvio, uma certa deformação residual é geralmente especificada como padrão na curva de tensão-tensão, como a força de escoamento geralmente tomada como tensão de deformação residual a 0,2%, e o símbolo é σ0.2 ou σys.
A força de escoamento é geralmente usada como um índice de avaliação das propriedades mecânicas de materiais sólidos e é o limite de uso real dos materiais.
Fatores internos que influenciam a força de escoamento
Os fatores internos que afetam a força de escoamento são:
1. Tipo de natureza e treliça de metal - A força de escoamento de um cristal único de metal é determinado pela resistência ao movimento de deslocamento. Essa resistência pode ser dividida em resistência e resistência à rede gerada pela interação entre luxações. A força da treliça está relacionada à largura do deslocamento e ao vetor de Bergdahl, que por sua vez estão relacionados à estrutura cristalina. A resistência causada pela interação entre luxações inclui a resistência causada pela interação entre luxações paralelas e a resistência causada pela interação entre luxação móvel e luxação florestal. É expresso pela fórmula: t = αGB/L, onde α é o coeficiente proporcional e como a densidade ρ é proporcional a 1/L2, portanto, t = αGB-ρ1/2, pode-se ver que a densidade aumenta , a força de escoamento também aumenta.
2. Tamanho e subestrutura dos grãos - A influência do tamanho do grão é um reflexo da influência dos limites dos grãos. A redução do tamanho do grão aumentará o número de obstáculos de movimento de deslocamento e a redução do comprimento do grupo de embalagem de deslocamento dentro do grão aumentará a força de escoamento. A relação entre força de escoamento e tamanho de grão de muitos metais e ligas está em conformidade com a fórmula de holpage σs = σj+kyd-1/2, onde σj é a resistência total do movimento de deslocamento no metal base, também conhecido como resistência à fricção, que é determinado pela estrutura cristalina e densidade de deslocamento. KY é a constante de fixação que mede a contribuição do limite de grãos para o fortalecimento, ou o coeficiente de concentração de tensão no final da zona de deslizamento. D é o tamanho médio do grão. Os limites do subginário agem de maneira semelhante aos limites dos grãos e também impedem o movimento das luxações.
3. Elemento de soluto - metal puro em átomos de soluto para formar ligas de solução sólida intersticial ou de substituição melhorarão significativamente a força de escoamento, o que é o fortalecimento da solução sólida. Isso se deve principalmente à diferença no diâmetro de átomos de soluto e átomos de solvente, que forma um campo de tensão de distorção da treliça ao redor do soluto, e o campo de tensão produz uma interação, de modo que o movimento de deslocamento seja bloqueado e a força de escoamento aumente.
4. A segunda fase - materiais de metal de engenharia, sua microestrutura é geralmente polifásica. A influência da segunda força relativa de escoamento está intimamente relacionado a se a própria partícula pode se deformar no processo de deformação do rendimento do material metálico. De acordo com isso, as partículas de segunda fase podem ser divididas em duas categorias: não deformáveis e deformáveis.
De acordo com a teoria do deslocamento, a linha de deslocamento pode ignorar apenas a partícula de segunda fase não deformável, de modo que a tensão da linha da luxação curva deve ser superada. A força de escoamento e o estresse do fluxo de materiais metálicos com partículas de segunda fase não deformáveis são determinadas pelo espaçamento entre as partículas de segunda fase. Para partículas de segunda fase deformáveis, a luxação pode ser cortada para que se deforme com a matriz, aumentando assim a força de escoamento.
O efeito de fortalecimento da segunda fase também está relacionado ao tamanho, forma, quantidade e distribuição da segunda fase, a força da segunda fase e a matriz, as características correspondentes de endurecimento por plástico, a coordenação cristalográfica entre as duas fases e a interface energia. No caso da mesma razão de volume da segunda fase, a partícula longa afeta significativamente o movimento de deslocamento, de modo que a força de escoamento do material metálico com essa estrutura é maior que a do material esférico.
Em resumo, a força de escoamento, que representa a resistência da deformação microplástica dos metais, é um índice de propriedade mecânica que é extremamente sensível à composição e estrutura. Afetado por muitos fatores internos, a força de escoamento pode ser significativamente alterada alterando a composição da liga ou o processo de tratamento térmico.
Fatores externos que influenciam a força de escoamento
1. Temperatura - geralmente aumenta a temperatura da resistência de escoamento dos materiais metálicos diminui, mas a estrutura cristalina dos materiais metálicos é diferente e sua tendência de mudança não é a mesma.
2. Taxa de deformação - Quando a tração, a velocidade de carregamento aumenta, a taxa de deformação aumenta e a força do material de metal aumentará. Isso ocorre principalmente porque qualquer metal tem sua própria velocidade de propagação de deformação plástica e, se a velocidade de carregamento for maior que sua própria velocidade de propagação plástica, ele inevitavelmente levará a um aumento no ponto de rendimento. Isso ocorre porque a velocidade de carregamento é muito rápida, a rotação da superfície do cristal na direção da força externa é insuficiente e o deslizamento será prejudicado no processo de crescimento e expansão da amostra, que se manifesta no aumento da resistência da deformação plástica inicial no nível macro. Portanto, com o surgimento de endurecimento da deformação, a recuperação da eliminação espontânea do endurecimento não pode ser realizada, e o endurecimento da deformação dificultará o desenvolvimento contínuo da deformação; portanto, para alcançar a deformação residual necessária, é necessário continuar a aumentar a força externa , que também se manifesta na melhoria da resistência inicial da deformação plástica.
3. Estado do estresse - A influência do estado do estresse na força de escoamento dos materiais metálicos também é muito importante. Quanto maior o componente de tensão de cisalhamento, mais propícia à deformação plástica do material, menor a resistência ao escoamento, de modo que a resistência ao escoamento da torção do que a tração é baixa, a tração é menor que a resistência ao escoamento da flexão, a resistência de escoamento do esconderijo O material no mesmo estado de estresse é diferente, não é uma mudança nas propriedades do material, mas o comportamento mecânico do material sob condições diferentes é diferente. O que geralmente chamamos de força de escoamento de um material geralmente se refere à força de escoamento no alongamento unidirecional.
Como melhorar a força de escoamento
1. Modificação de liga
A modificação de liga é um método comum para melhorar a força de escoamento dos metais. Ao adicionar elementos ao metal, formando uma solução sólida, fase de endurecimento da precipitação ou solução sólida intersticial etc., melhore a microestrutura do metal, aumentando assim a força do metal. Por exemplo, a adição de elementos de terras raras a ligas de alumínio pode melhorar significativamente sua força de escoamento.
2. Tratamento térmico
O tratamento térmico inclui métodos de recozimento, extinção e temperamento. Ao controlar a temperatura, o tempo e a taxa de resfriamento do tratamento térmico, o tamanho do grão do metal é refinado, o limite de grão é purificado e a densidade de deslocamento é aumentada e a resistência ao escoamento do metal é melhorada. Por exemplo, a extinção pode aumentar significativamente a força de escoamento e a dureza do aço.
3. Hardening de trabalho frio
O endurecimento do trabalho a frio significa que a densidade de deslocamento aumenta através da deformação do trabalho a frio do metal, e a força e a dureza do metal são aprimoradas, impedindo o movimento de deslocamento. Geralmente usando compressão, alongamento, flexão e outros métodos de processamento a frio. Por exemplo, o cobre pode aumentar significativamente sua força de escoamento após a deformação por tração.
4. Engenharia de limites de grãos
A engenharia de limites de grãos é um método para melhorar a força de escoamento do metal usando a influência do limite de grãos nas propriedades do material. A força de escoamento dos metais pode ser significativamente melhorada, controlando a interação dos limites dos grãos metálicos e o efeito dificultado das luxações. Por exemplo, a força de escoamento do cobre pode ser significativamente melhorada ajustando o ângulo do limite de grão e a morfologia do limite de grãos.
5. Tratamento da superfície
O tratamento da superfície é um método para melhorar a força de escoamento de um metal por modificação da superfície. Por exemplo, o uso da tecnologia de revestimento de cobre com eletrólito pode formar um revestimento uniforme de cobre na superfície do aço, de modo que a superfície do aço forma uma nova estrutura e organização, melhorando assim sua força de escoamento.
