Utwardzanie wydzieleniowe - (umocnienie wydzieleniowe, dyspersyjne) metoda obróbki cieplnej metali prowadząca w efekcie do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Warunek, aby zaszło u. wydzieleniowe: Osnowa miękka i ciągliwa, wydzielenia twarde, nie powinny tworzyć cienkiej błonki po granicach ziarn osnowy; drobne, o dużej gęstości, równomiernie rozmieszczone w objętości stopu i przynajmniej częściowo koherentne; wydzielenia nie powinny mieć ostrych krawędzi.

Jakie materiały możemy utwardzać wydzieleniowo?

Umacniać wydzieleniowo można tylko takie stopy, które w stanie stałym w wysokiej temperaturze mają strukturę jednofazową, natomiast w niskiej strukturę dwufazową, i w których przy niezbyt dużej szybkości chłodzenia, można uzyskać roztwór przesycony. Do najważniejszych technicznych stopów umacnianych wydzieleniowo należą stopy aluminium. Utwardzaniu wydzieleniowemu są także poddawane stopy na osnowie innych pierwiastków, np. miedzi (brązy berylowe), magnezu i tytanu. Umocnienie wydzieleniowe wykorzystuje się w niektórych stalach, np. stalach maraging.

Przesycanie - jeden z etapów procesu utwardzania, polega na nagrzaniu stopu do temperatury wyższej od granicznej rozpuszczalności w celu rozpuszczenia wydzielonego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie szybkiemu ochłodzeniu. Po przesycaniu stop uzyskuje strukturę jednofazową. Po przesycaniu własności wytrzymałościowe stali ulegają niewielkiemu zmniejszeniu, ale uzyskujemy materiał o lepszych własnościach plastycznych.

Starzenie - polega na nagrzaniu uprzednio przesyconego stopu do temperatury niższej od granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. Niekiedy starzenie przebiega już w temperaturach pokojowych i wówczas nosi ono nazwę starzenia samorzutnego (naturalnego). W czasie starzenia mamy do czynienia z wydzieleniem w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze, w postaci faz o wysokiej dyspersji. Proces ten powoduje umocnienie, które przejawia się zwiększeniem własności wytrzymałościowych oraz zmniejszeniem własności plastycznych. Proces starzenia można przyspieszyć przez odkształcenie plastyczne na zimno.

Mechanizmy umocnienia metali - wzrost własności wytrzymałościowych, kosztem własności plastycznych. Zwiększenie temperatury i wydłużanie procesu starzenia powoduje zwiększenie twardości starzonej stali.

Mechanizm Orowana i oddziaływanie dyslokacji z cząstkami:

Ruch dyslokacji jest hamowany przez cząstki, jednak dyslokacja może się przemieszczać między cząstkami. W wyniku poślizgu występuje stopniowe wyginanie dyslokacji aż do wytworzenia pętli wokół każdej cząstki dyslokacja odrywa się wówczas powodując zmniejszenie efektywnej odległości między cząstkami, co utrudnia przejście następnej dyslokacji, jeśli jednak ta przejdzie tworzą się dodatkowe pętle, aż ruch dyslokacji zostaje zablokowany wówczas następuje umocnienie.

Podział stopów aluminium:

a)odlewnicze (PN-EN 1706:2001) - stopy wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 - 25%), cechują się one dobrą lejnością i małym skurczem b)do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3:2005) - zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%).

Stopy aluminium i ich klasyfikacja: Symbol-Składniki(Al.+) 1xxx, 2xxx-Cu, 3xxx-Mn, 4xxx-Si, 5xxx-Mg, 6xxx-Mg, Si, 7xxx-Zn-Mg, 8xxx-inne

Metoda Vickersa - polega na wciskaniu wgłębnika (najczęściej zrobionego ze spieków choć zdarzają się również diamentowe) o kształcie ostrosłupa prawidłowego w próbkę metalu. Twardość wyznacza się ze stosunku siły obciążającej wgłębnik F do powierzchni pobocznicy odcisku.

Metoda Rockwella - polega na dwustopniowym wciskaniu (przy określonych warunkach) w badaną próbkę wgłębnika w kształcie kulki stalowej (skala B, T, F) lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 120 stopni (skala C, A). Miarą twardości w metodzie Rockwella jest różnica pomiędzy stałą wartością K a głębokością odcisku h.

Metoda Brinella - polega na statycznym wciskaniu twardej, kalibrowanej kulki o średnicy D w powierzchnię metalu obciążeniem wywołanym siłą F. Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej F do powierzchni czaszy odcisku i oznacza się ją symbolem HB.

Pomiar na aparacie Vickersa - na stolik wewnętrzny twardościomierza jest wkładany element poddany pomiarom twardości. Nad ten wycinek materiału jest naprowadzany wgłębnik znajdujący się na spodzie wychylnej belki. Uruchomienie obciążenia daje nacisk na wgłębnik i powstanie odpowiedniego odcisku, którego przekątne są następnie mierzone przy pomocy obiektywu z okularem znajdującym się na wierzchu tubusa. Z wielkości przekątnej d oblicza się twardość: HV = P x 1,8544/d², HB=F/S gdzie P-obciążenie wgłębnika w kG, d=(d₁+d₂)/2.

Przebieg procesu umocnienia wydzieleniowego - stop przesycony powoli chłodzony do temperatur otoczenia podlega przemianie wydzielania składnika przesycającego w postaci stosunkowo dużych ziaren fazy, skupionych głównie na granicach ziarn fazy α. Ten sam stop szybko ochłodzony do temperatury otoczenia ma budowę jednofazową przesyconego roztworu stałego α, ponieważ składnik przesycający nie zdąży się wydzielić. Przesycenie roztworu nadaje mu niewielką wytrzymałość i twardość, ale znaczną ciągliwość. Uprzywilejowanym miejscem zarodkowania wydzieleń są defekty struktury krystalicznej, jak dyslokacyjne granice bloków, pętle dyslokacji, granice ziaren. Duże stężenie wakansów w stopie przesyconym ułatwia dyfuzyjne tworzenie się wydzieleń. Hamowanie poślizgów dyslokacji przez oddziaływanie pól naprężeń zlokalizowanych wydzieleń jest złożone. Prawdopodobnie polega na równoczesnym działaniu kilku mechanizmów. Dla umocnienia wydzieleniowego typowy jest zakres średniej odległości między źródłami pól naprężeń.

Wyróżnia się dwa mechanizmy oddziaływania dyslokacji z cząstkami:

- cząstki są przecinane przez dyslokacje,

- cząstki są opasywane i omijane przez dyslokacje.

wydzielenia

dyslokacja

Pętla

dyslokacyjna

---