Obraz11 (2)

10

UMOCNIENIE MATERIAŁÓW

Najważniejszym wymaganiem stawianym wszystkim materiałom konstrukcyjnym jest przenoszenie możliwie dużych obciążeń bez zniszczenia. Współczesne tendencje projektowania maszyn i konstrukcji o coraz większej wydajności, nośności itp. intensyfikują wymienione wymagania.

Początkowo głównym sposobem powiększania wytrzymałości materiałów była modyfikacja ich składu chemicznego. Okazało się, że jest to sposób mało efektywny w stosunku do kosztów. Znacznie lepsze rezultaty często można uzyskać mniejszym kosztem, poddając konwencjonalny materiał odpowiedniej technologii, zapewniającej umocnienie. Można zaryzykować tezę, iż przeważająca liczba prac badawczych z zakresu materiałoznawstwa była poświęcona pośrednio lub bezpośrednio umacnianiu materiału. W rezultacie opracowano różnorodne metody umacniania materiałów tak ciągliwych (materiały metaliczne), jak i kruchych (betony, żywice, szkło).

10.1. MATERIAŁY CIĄGLIWE

Materiały ciągliwe (tzw. elastoplastyczne) ze wzrostem obciążenia podlegają ! początkowo chwilowemu odkształceniu sprężystemu, następnie trwałemu odkształceniu plastycznemu, a przy określonej wartości obciążenia ulegają zniszczeniu. Różnorodne metody umacniania materiałów ciągliwych, mierzonego wzrostem granicy plastyczności lub wytrzymałości, sprowadzają się do ograniczenia ruchli- j wości (poślizgów) dyslokacji. Warto pamiętać, że na ogół wytrzymałość i ciągliwość materiałów metalicznych są odwrotnie proporcjonalne. Toteż największe znaczenie mają metody umacniania powiększające silnie wytrzymałość i twardość, ale pozosta- j wiające równocześnie pewną ciągliwość i odporność na działanie karbu.

Do najważniejszych rodzajów zabiegów umacniania materiałów metalicznych 1 należą:

— umacnianie czynnikami metalurgicznymi (wielkość ziarna, skład roztworu I stałego) związane z procesami metalurgicznymi lub odlewniczymi, głównie odtle- I niania i modyfikacji,

10.1. Materiały ciągliwe

235

-    umacnianie obróbką cieplną, związane z zabiegami utwardzania dyspersyjne (przesycania, starzenia) lub ulepszania cieplnego (hartowania i odpuszczania).

-    umacnianie obróbką plastyczną na zimno skutkiem zgniotu.

10.1.1. Umocnienie granicami ziarn

Najważniejszym czynnikiem metalurgicznym umacniającym polikrystaliczne me-są granice ziarn. Dowodem jest większa granica plastyczności i wytrzymałość na .ciąganie polikryształu niż monokryształu.

Orientacja krystalograficzna ziarn w metalu na ogół jest statystycznie nie .porządkowana. Wobec tego systemy łatwego poślizgu (płaszczyzny i kierunki gęsto -.ypełnione atomami) w poszczególnych ziarnach są również przypadkowo zoriento-ane. Dowodzą tego linie poślizgu widoczne na zgładach metalograficznych o różnej nentacji w sąsiednich ziarnach, często powyginane w pobliżu granic ziarn. Granica ziarna, jak wiadomo, jest obszarem silnie zdefektowanym. Przemieszcze-nie się dyslokacji przez granicę szerokokątową wymagałoby ustawicznej zmiany tanku wektora Burgersa, co jest niemożliwe. Z tego powodu granice ziarn iutecznie blokują poślizgi dyslokacji. Na granicach tworzą się spiętrzenia jedno-niennych dyslokacji (rys. 8.23a) i dopiero odpowiedni przyrost naprężenia umożli-ria uruchomienie poślizgu po drugiej stronie granicy.

W strukturach krystalicznych układu heksagonalnego (np. HZ), odznaczających św zasadzie jedną płaszczyzną (0001) łatwego poślizgu, umacniający wpływ granic aam jest bardzo silny. W strukturach regularnych (np. RSC, RPC), odznaczających ii?większą liczbą płaszczyzn łatwego poślizgu, odpowiednio {111} lub {110}, {211}, 321}, wpływ ten jest znacznie słabszy.

Działanie umacniające granic potęguje się ze zmniejszeniem wielkości ziarna 'rys. 10.1), jeżeli pomijalny jest wpływ segregacji zanieczyszczeń lub innych czynni-

MPa

0    10    20    30 A0 50 crrr^,/2

średnica ziarna d^H/z

Rys. 10.1. Wpływ wielkości ziarna na granicę plastyczności mosiądzów