معرفة

تشير القوة إلى قدرة المادة المعدنية على مقاومة التشوه البلاستيكي والكسر تحت تأثير القوة الخارجية. على سبيل المثال، تعد قوة الشد وقوة الضغط وقوة الانحناء وقوة القص أنواعًا من القوة.

تشير اللدونة إلى قدرة المادة المعدنية على امتصاص طاقة التشوه البلاستيكي قبل الكسر. وهي تقيس كمية الطاقة المطلوبة لمادة بها شقوق حتى تتعرض للكسر. تعد صلابة التأثير وصلابة الكسر من الأمثلة على اللدونة. فكلما كانت المادة أكثر لدونة، كلما كانت الطاقة المطلوبة للتسبب في انتشار الشقوق إلى الكسر أكبر.

 

الشكل 1 خريطة قوة الشد القصوى مقابل اللدونة لـ HEAs مقارنة بالسبائك التقليدية. تمثل SS وAHSS وTRIP الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة المتقدم واللدونة المستحثة بالتحويل على التوالي (التقدم في علوم المواد 136 (2023) 101106)

 

الشكل 2. مخطط أشبي لصلابة الكسر مقابل قوة الخضوع لـ HEAs في سياق السبائك/المعادن التقليدية. تعكس الخطوط المنقطة حجم منطقة العملية عند طرف الشق (Progress in Materials Science 136 (2023) 101106)

طرق تعزيز قوة المواد المعدنية:

تقوية المحلول الصلب: يتم إذابة عناصر السبائك في المعدن المصفوفي لإحداث درجة معينة من تشوه الشبكة، وبالتالي زيادة قوة السبائك. تشمل العوامل المؤثرة الكسر الذري لذرات المذاب، والفرق في الحجم الذري، والنوع (ذرات المذاب الخلالية أكثر فعالية من الذرات البديلة)، والفرق في الإلكترونات التكافؤية بين ذرات المذاب والمعدن المصفوفي.

التصلب بالعمل (تعزيز التشوه): مع زيادة درجة التشوه البارد، تزداد قوة وصلابة المادة المعدنية، لكن اللدونة والصلابة تقلان. والمبدأ هو أن الخلع يتقاطع ويتفاعل ويتكاثر، وما إلى ذلك، مما يزيد من مقاومة حركة الخلع. يمكن اعتماد طرق التشوه البارد مثل الضغط البارد واللف والرصاص.

تقوية الحبوب الدقيقة: يتم تحسين الخواص الميكانيكية للمواد المعدنية من خلال تحسين حجم الحبيبات. والمبدأ هو أن الحبيبات الدقيقة، عندما تتشوه تحت قوة خارجية، يمكن تشتيتها في حبيبات أكثر، مما يؤدي إلى تشوه بلاستيكي أكثر اتساقًا، وتركيز أقل للإجهاد، وحدود حبيبات أكبر، وهو ما لا يناسب انتشار الشقوق. تتضمن الطرق زيادة درجة التبريد، والمعالجة الطبيعية، والاهتزاز، والتحريك، والتحكم في درجة التشوه ودرجة حرارة التلدين للمعدن المشوه بالبرودة. يمكن أيضًا إضافة عناصر السبائك إلى الفولاذ لمنع نمو الحبيبات.

المرحلة الثانية من التعزيز: عندما يتم توزيع المراحل الثانية بشكل موحد على شكل جسيمات دقيقة ومتفرقة في طور المصفوفة، فإنها تنتج تأثيرات تقوية كبيرة. وهي مقسمة إلى تأثير تقوية الجسيمات غير القابلة للتشوه (آلية الانقلاب) وتأثير تقوية الجسيمات القابلة للتشوه (آلية القطع). يعد التعزيز بالانتشار والتعزيز بالترسيب حالات خاصة من التعزيز في المرحلة الثانية.

تعزيز التحول الطوري: من خلال عمليات معينة، تخضع أطوار أو هياكل المواد المعدنية للتحول لإنتاج تأثيرات تقوية. فهي تجمع بين تأثيرات تقوية المحلول الصلب، وتقوية الترسيب، وتقوية الحبيبات الدقيقة. على سبيل المثال، في الفولاذ، يكون المارتنسيت المتشكل أثناء الإخماد عبارة عن محلول صلب مشبع، مع تأثير تقوية قوي للمحلول الصلب، وكثافة الخلع في المارتنسيت عالية، مع تأثير تقوية الخلع. اتجاه حزمته مختلف ودقيق، مع تأثير تقوية الحبيبات الدقيقة. بعد الإخماد، يتم إعادة تسخين المارتنسيت، ويمكن ترسيب عدد كبير من الكربيدات الدقيقة والمشتتة، مما يولد تقوية المرحلة الثانية.

تقوية حدود الحبوب: إن إضافة كميات ضئيلة من العناصر النشطة على السطح، مثل البورون والعناصر الأرضية النادرة، إلى الفولاذ، مما يتسبب في تركيز الامتصاص الداخلي عند حدود الحبوب، يمكن أن يحسن بشكل كبير من حد الزحف والقوة القصوى للفولاذ. إن جوهر تقوية حدود الحبوب هو التأثير المعوق لحدود الحبوب على حركة الخلع. فكلما كان حجم الحبوب أصغر وزادت حدود الحبوب، زاد التأثير المعوق، وكان تأثير التعزيز أفضل. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحسن أيضًا من صلابة الفولاذ.

طرق تعزيز صلابة المواد المعدنية:

تصميم التركيب والبنية:

صناعة السبائك: إضافة عناصر أو مركبات مختلفة لتعديل تركيب وبنية المادة، مثل إضافة عناصر السبائك مثل C، Mn، Ni، Cr، Mo، V، وما إلى ذلك في الفولاذ.

التحكم في حجم الحبوب: بشكل عام، كلما كان حجم الحبيبات أصغر، كلما زادت الصلابة.

تصميم الواجهة: - تصميم الواجهات في البنية الدقيقة للمواد المعدنية بشكل معقول، مثل معالجة السطح وإضافة المراحل المركبة.

المعالجة والمعالجة الحرارية:

معالجة التشوه البارد: تغيير البنية الدقيقة وحجم حبيبات المادة المعدنية لتحسين الصلابة واللدونة.

المعالجة الحرارية: بما في ذلك التلدين والتطبيع والتبريد وما إلى ذلك. بالنسبة للصلب، يمكن أن تزيد معالجة التطبيع من قوته ومتانته وتقلل من هشاشته؛ إن تحضير المواد المعدنية النانوية، بسبب حجمها الصغير وكثافة واجهتها العالية، يظهر خصائص ميكانيكية ممتازة ومتانة ممتازة.

الشكل 3. مقارنة (أ) الاستطالة مقابل قوة الشد و (ب) الاستطالة مقابل قوة الخضوع لـ HEAs في سياق المواد التقليدية الأخرى [. DPHL- صفيحة غير متجانسة ثنائية الطور.

طرق تعزيز القوة والصلابة في وقت واحد:

من خلال التطبيق الشامل لآليات وطرق التعزيز المذكورة أعلاه، مثل تحسين البنية الدقيقة والخصائص من خلال التحكم في تكوين وتقنيات معالجة المواد، على سبيل المثال، التحكم في محتوى عناصر السبائك واختيار عمليات المعالجة الحرارية المناسبة؛ اعتماد تصميم المواد المركبة أو المواد متعددة المراحل لتحقيق مزيج من القوة والمتانة؛ الاستفادة من تقنيات المعالجة السطحية أو الطلاء لتعزيز قوة السطح ومتانة المواد. يمكن اختيار طرق محددة بناءً على الاحتياجات الفعلية وخصائص المواد. في الوقت نفسه، تجدر الإشارة إلى أن القوة والمتانة غالبًا ما يكون لهما تناقضات معينة. أثناء تعزيز القوة، يجب بذل الجهود لتجنب التخفيض المفرط للصلابة. علاوة على ذلك، قد يكون لطرق التعزيز المختلفة تأثيرات مختلفة على مؤشرات القوة المختلفة، وتتطلب المواقف المحددة الاختيار والتعديل.

إذا كان لديك أي أسئلة أو طلب أو تطوير أجزاء أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بك، فلا تتردد في الاتصال بنا على info@castings-forging.com