01. Pengukuhan Penyelesaian Pepejal
Definisi
Pengukuhan larutan pepejal ialah fenomena di mana unsur pengaloian larut ke dalam logam asas, menyebabkan herotan kekisi dan meningkatkan kekuatan aloi.
Prinsip
Atom terlarut yang larut ke dalam larutan pepejal mewujudkan herotan kekisi, yang meningkatkan daya tahan terhadap gerakan terkehel, menjadikan gelinciran lebih sukar. Akibatnya, kekuatan dan kekerasan larutan pepejal aloi meningkat. Mekanisme pengukuhan ini bergantung pada pelarutan atom terlarut untuk membentuk larutan pepejal. Dengan kepekatan bahan larut yang sesuai, kekuatan dan kekerasan bahan bertambah baik, walaupun keliatan dan kemulurannya mungkin berkurangan.
Faktor Mempengaruhi
Semakin tinggi pecahan atom atom terlarut, semakin kuat kesan pengukuhan, terutamanya pada kepekatan rendah.
Semakin besar perbezaan saiz antara atom terlarut dan logam asas, semakin ketara pengukuhannya.
Atom terlarut interstisial mempunyai kesan pengukuhan yang lebih kuat daripada yang penggantian. Dalam-hablur padu berpusat badan, atom interstisial menyebabkan herotan kekisi asimetri, menghasilkan pengukuhan yang lebih besar daripada hablur padu berpusat-muka. Walau bagaimanapun, keterlarutan atom interstisial adalah terhad.
Semakin besar perbezaan nombor elektron valens antara atom terlarut dan bes, semakin kuat kesan pengukuhan. Kekuatan hasil meningkat dengan kepekatan elektron.
Tahap Pengukuhan Bergantung Pada:
Perbezaan saiz antara atom terlarut dan bes: Ketakpadanan saiz yang lebih besar meningkatkan rintangan kehelan.
Jumlah unsur pengaloian: Lebih banyak pengaloian=kesan yang lebih kuat, tetapi jumlah yang berlebihan mungkin melebihi had keterlarutan dan memerlukan kaedah pengukuhan lain seperti pengukuhan fasa kedua.
Atom interstisial lebih kuat daripada atom pengganti.
Perbezaan elektron valensi antara bahan terlarut dan logam matriks meningkatkan pengukuhan.
Kesan
Kekuatan hasil, kekuatan tegangan, dan kekerasan melebihi logam tulen.
Secara amnya kemuluran lebih rendah berbanding dengan logam tulen.
Kekonduksian elektrik yang lebih rendah daripada logam tulen.
Rintangan rayapan yang dipertingkatkan dan kekuatan suhu-tinggi.
02. Pengerasan Kerja (Strrain Hardening)
Definisi
Apabila ubah bentuk sejuk meningkat, kekuatan dan kekerasan logam meningkat, manakala keplastikan dan keliatan berkurangan.
Gambaran keseluruhan
Apabila logam berubah bentuk secara plastis di bawah suhu penghabluran semula, ia menjadi lebih kuat dan keras tetapi kurang mulur dan keras. Juga dikenali sebagai pengerasan kerja sejuk. Semasa ubah bentuk plastik, kehelan terjerat, butiran memanjang, pecah dan menjadi berserabut. Tekanan sisa diperkenalkan. Tahap pengerasan biasanya diukur dengan nisbah kekerasan mikro permukaan sebelum dan selepas ubah bentuk dan kedalaman lapisan mengeras.
Penjelasan Teori Dislokasi
Dislokasi bersilang dan membentuk langkah-seperti halangan kepada gerakan.
Kehelan bertindak balas membentuk kehelan tidak bergerak yang menghalang pergerakan.
Pendaraban dislokasi meningkatkan ketumpatan, seterusnya menghalang pergerakan.
Keburukan
Pengerasan kerja menyukarkan pemprosesan selanjutnya. Contohnya, keluli tergelek-sejuk menjadi semakin keras dan tidak boleh digunakan, memerlukan penyepuhlindapan perantaraan untuk lembut. Dalam pemesinan, pengerasan permukaan meningkatkan daya pemotongan dan kehausan alatan.
Faedah
Meningkatkan kekuatan logam, kekerasan dan rintangan haus, terutamanya untuk logam tulen dan aloi yang tidak boleh dikuatkan dengan rawatan haba (cth,-wayar kekuatan tinggi-sejuk,-spring bergulung sejuk, trek tangki, rahang penghancur, suis kereta api).
Aplikasi dalam Kejuruteraan Mekanikal
Lukisan sejuk, guling, dan shot peening sangat meningkatkan kekuatan permukaan bahan dan komponen.
Ubah bentuk plastik setempat di bawah tekanan boleh dihadkan kerana pengerasan kerja, meningkatkan keselamatan komponen.
Dalam pengecapan, kawasan yang mengeras mengarahkan ubah bentuk ke kawasan yang lebih lembut, membolehkan ubah bentuk seragam merentas bahagian.
Meningkatkan kebolehmesinan keluli karbon rendah-dengan menjadikan cip lebih mudah diasingkan. Walau bagaimanapun, ia meningkatkan penggunaan tenaga dalam pemprosesan selanjutnya dan haus alatan dalam pemesinan.
03. Pengukuhan Penghalusan Bijian
Definisi
Pengukuhan penghalusan bijirin meningkatkan sifat mekanikal dengan mengurangkan saiz bijirin.
Prinsip
Logam adalah polikristalin. Butiran yang lebih kecil (iaitu, lebih banyak bijirin setiap unit isipadu) menghasilkan kekuatan, kekerasan, keplastikan dan keliatan yang lebih tinggi. Butiran yang lebih halus mengagihkan ubah bentuk dengan lebih sekata, mengurangkan kepekatan tegasan, dan menghalang penyebaran retak. Oleh itu, penapisan bijirin meningkatkan kekuatan.
Kesan
Bijirin yang lebih halus mengurangkan timbunan terkehel-tekanan, meningkatkan kekuatan.
Menurut hubungan Hall–Petch, saiz bijian yang lebih kecil ddd membawa kepada kekuatan hasil yang lebih tinggi.
Kaedah Menapis Bijirin
Tingkatkan penyejukan bawah.
Rawatan inokulasi.
Getaran dan kacau semasa pemejalan.
Dalam logam cacat-sejuk: kawal tahap ubah bentuk dan suhu penyepuhlindapan.
04. Pengukuhan Fasa Kedua
Definisi
Dalam aloi berbilang fasa, selain fasa matriks, fasa kedua wujud. Apabila zarah fasa kedua-terserak halus diagihkan secara seragam dalam matriks, ia menguatkan aloi dengan ketara. Ini dikenali sebagai pengukuhan-fasa kedua.
Jenis
Dari perspektif pergerakan terkehel, zarah fasa-kedua dikelaskan kepada:
Zarah tidak-boleh ubah bentuk: pengukuhan melalui mekanisme pintasan (mekanisme Orowan).
Zarah boleh ubah bentuk: pengukuhan melalui mekanisme pemotongan.
Pengukuhan dispersoid dan pengerasan kerpasan ialah bentuk khusus pengukuhan fasa-kedua.
Kesan
Zarah fasa kedua-berinteraksi dengan kehelan, menghalang pergerakannya dan meningkatkan rintangan aloi terhadap ubah bentuk.
Faktor Lain Yang Mempengaruhi Kekuatan
Komposisi aloi, struktur mikro, dan keadaan permukaan.
Keadaan pemuatan: kadar, mod (tegangan vs. kitaran).
Sampel geometri dan persekitaran ujian (cth, pereputan hidrogen boleh mengurangkan kekuatan secara drastik).
Ringkasan Pendekatan Pengukuhan
Dua laluan utama untuk menguatkan logam:
Tingkatkan daya ikatan atom dan wujudkan{0}}hablur bebas kecacatan (cth, misai).
Memperkenalkan kecacatan (kehelan, atom terlarut, sempadan butiran, dsb.) untuk menghalang pergerakan kehelan - terbukti sebagai kaedah paling berkesan.
Bahan kejuruteraan biasanya bergantung pada gabungan mekanisme pengukuhan untuk mencapai prestasi optimum.
