1. Umocnienie metali

Umocnienie metali polega na wprowadzeniu do metalu przeszkód dla poruszających się dyslokacji.

• Umocnienie roztworowe –przeszkody zero wymiarowe

• Umocnienie dyslokacyjne – przeszkody jednowymiarowe

• Umocnienie granicami ziarn (przez rozdrobnienie ziarna) – przeszkody dwuwymiarowe

• Umocnienie cząstkami – przeszkody trójwymiarowe

2. Umocnienie roztworowe:

(a) Na czym polega?

Ruchliwość dyslokacji ograniczona jest poprzez wprowadzenie atomów rozpuszczonych.

Mechanizm skuteczny ale trudno uzyskuje się większe efekty ze względu na ograniczoną rozpuszczalność pierwiastków.

Cele umocnienia roztworowego:

• blokowanie dyslokacji w ich położeniach wyjściowych

• zmniejszenie szybkości ruchu dyslokacji w wyniku zwiększenia naprężenia tarcia sieci

• utrudnienie w pokonywaniu przeszkód przez dyslokacje w wyniku ograniczenia poślizgu poprzecznego

Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje roztworów: substytucyjne i międzywęzłowe.

Większy atom substytucyjny

• Większy atom zmniejsza naprężenie rozciągające pod płaszczyzną poślizgu

• Na atom działa siła ściskająca

• Siła hamowania dyslokacji zależy od różnicy rozmiarów atomów rozpuszczonych, a nie od znaku kreowanego naprężenia

Mniejszy atom substytucyjny

• Mniejszy atom zmniejsza naprężenia ściskające nad płaszczyzną poślizgu

• Na atom działa siła rozciągająca

Roztwory międzywęzłowe powstają gdy atomy pierwiastka rozpuszczonego są dużo mniejsze od osnowy, przez co lokują się w pozycjach międzywęzłowych, np. atomy C, N, B, H, O. Konsekwencją jest niesferyczne odkształcenie sieci. Mniejszy atom zmniejsza skurcz sieci (naprężenia ściskające nad płaszczyzną poślizgu).

3. Umocnienie dyslokacyjne

(a) Na czym polega?

Odkształcenie plastyczne materiałów krystalicznych jest zwykle realizowane dzięki przemieszczaniu się dyslokacji. W strukturach krystalicznych metali jest wiele systemów poślizgu. Dyslokacje z przecinających się płaszczyzn poślizgu przeszkadzają sobie wzajemnie w ruchu poślizgowym, co prowadzi do ich spiętrzania i gromadzenia się. Rezultatem jest umocnienie odkształceniowe.

Wszystkie metale i materiały ceramiczne umacniają się w ten sposób.

Odkształcenie powoduje wzrost granicy plastyczności i odkształcenia sprężystego.

Umocnienie odkształceniowe jest bardzo często pożądane, gdyż stanowi ważną metodą umocnienia metali.

Jest natomiast niepożądane w procesie walcowania cienkich blach, gdyż prowadzi do szybkiej utraty plastyczności przez blachę oraz do znacznego wzrostu wymaganej do walcowania energii.

Gdy odkształcenie wzrasta:

- granica plastyczności wzrasta

- wytrzymałość Rm wzrasta

- ciągliwość maleje

- zanik wyraźnej granicy plastyczności

Inne skutki odkształcenia:

- zwiększenie histerezy magnetycznej

- zmniejszenie przewodności elektrycznej.

4. Umocnienie granicami ziarn:

Granice ziarn – silne przeszkody dla ruchu dyslokacji – powierzchnia granic ziarn stanowi

barierę dla poruszających się dyslokacji na całej długości płaszczyzny poślizgu – większy

opór przeciw poślizgowi niż opór stawiany przez odosobnione przeszkody na płaszczyznach

poślizgu (czyli obce atomy, wydzielenia lub cząstki obcej fazy).

5. Umocnienie wydzieleniowe:

Umacnianie wydzieleniowe (dyspersyjne) – umacnianie polegające na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop; utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch procesów:

Przesycania – mające na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego, dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności i szybkie oziębianie.

Starzenia – wytrzymanie przesyconego elementu w temperaturze pokojowej (naturalne) lub podwyższonej (sztuczne) w czasie potrzebnym do wydzielenia dyspersyjnych cząsteczek 

Warunki konieczne do utwardzania wydzieleniowego:

- nie występuje w stopie przemiana alotropowa,

- stop charakteryzuje zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w roztworze stałym, np. AlCu4 (do 5% Cu)

Stopy utwardzane wydzieleniowo otrzymują max wytrzymałość w wyniku starzenia naturalnego, gdy wydzielające się cząsteczki faz są koherentne z osnową.

6. Defekty w poszczególnych umocnieniach:

1. umocnienie roztworowe- dyslokacje,

2. umocnienie dyslokacyjne- dyslokacje,

3. umocnienie wydzieleniowe- dyslokacje, cząstki międzywęzłowe

4. umocnienie przez rozdrobnienie ziarna- granice ziarn, dyslokacje

Dodatkowo schemat, który podawała na zajęciach dotyczący obróbki cieplnej prowadzącej do umocnienia wydzieleniowego.