Rafinacja ziarna

Uszlachetnianie ziarna jest jednym ze sposobów na zwiększenie wytrzymałości materiałów metalicznych . Obejmuje to tworzenie drobniejszego, mniejszego ziarna w strukturze poprzez odpowiednią obróbkę cieplną lub obróbkę (wysiew) stopu . Hartowanie drobnoziarniste jest jedynym procesem hartowania opartym na defektach sieci (w tym przypadku na granicach ziaren ), w którym zwiększa się zarówno wytrzymałość, jak i ciągliwość.

znaczenie

Na granicach ziaren powstają dyslokacje, ponieważ zazwyczaj nie ma odpowiedniej płaszczyzny poślizgu w sąsiednim ziarnie. Dlatego granica plastyczności rośnie, im więcej jest granic ziaren.

Uszlachetnienie ziarna zwiększa wytrzymałość materiałów metalicznych (bez obniżania ciągliwości ) poprzez obniżenie ich temperatury przejścia . Możliwym wytłumaczeniem tego jest fakt, że zmniejszenie modułu ścinania na granicach ziaren ułatwia powstawanie dyslokacji. Inny zakłada, że pęknięcie musi zmienić kierunek na każdej granicy ziaren. Zmniejsza to na przykład tendencję stali do tworzenia gorących pęknięć.

Ponadto, wzrost poprzez ciągliwość materiałów o drobniejszym ziarnie, w wyniku czego składa się z drobniejszego ziarna, prawdopodobieństwo, że więcej płaszczyzn poślizgu niżej do kierunku obciążenia ścinającego wynosi (45 °, prawo Schmida ). Skutkuje to zwiększoną liczbą możliwych procesów ślizgowych. Rozdrobnienie ziarna jest szczególnie przydatne w przypadku twardych i bardzo kruchych materiałów, ponieważ jest sposobem na zmniejszenie kruchości tych materiałów.

Pomimo wielu przeszkód, które powstają w materiale z powodu mniejszych ziaren, materiał jest łatwo odkształcalny . Z tych powodów blachy ze stali drobnoziarnistej z. B. stosowany w przemyśle motoryzacyjnym . Większa wytrzymałość umożliwia stosowanie cieńszych blach (a tym samym zmniejszenie wagi).

Należy jednak zauważyć, że mniejsze krystality tworzą więcej granic ziaren i dlatego są bardziej podatne na korozję . Każdy materiał dąży do osiągnięcia stanu równowagi przy możliwie najniższej zawartości energii. Jednak wyższa wytrzymałość oznacza wysoką zawartość energii, którą materiał rozkłada w wyniku korozji. Ze względu na dużą podatność na korozję należy zatem przedsięwziąć środki ostrożności w celu ochrony przed korozją . Z tego powodu karoseria często jest ocynkowana . Ponadto materiały o drobnoziarnistej strukturze nie nadają się do zastosowań w wysokich temperaturach , w których może wystąpić pełzanie ; tutaj nacisk kładzie się na duże ziarna.

obliczenie

Tak zwana zależność Hall-Petcha dotyczy zależności granicy plastyczności od wielkości ziarna (lub średniej średnicy ziarna) : ${\ displaystyle R_ {e}}$${\ displaystyle d _ {\ rm {K}}}$

${\ displaystyle R_ {e} = \ sigma _ {0} + {K \ ponad {\ sqrt {d _ {\ rm {K}}}}}}$

z dwoma stałymi, które zależą od stanu materiału i warunków testu:

• ${\ displaystyle \ sigma _ {0}}$naprężenie początkowe dla ruchu dyslokacji ("naprężenie tarcia", granica plastyczności monokryształu przy korzystnej orientacji)
• ${\ displaystyle K}$opór graniczny ziaren, stała z jednostką .${\ displaystyle \ mathrm {MPa \ cdot {\ sqrt {mm}}}}$

Im mniejsza średnia średnica ziaren, tym większa różnica w wytrzymałości (patrz również: wykres naprężenie-odkształcenie ):

${\ displaystyle \ Delta \ sigma = {K \ ponad {\ sqrt {d _ {\ rm {K}}}}}.}$

Indywidualne dowody

1. ↑ ^b Christoph Broeckmann Paweł Ugryź: Materiały naukowy . Institute for Material Applications in Mechanical Engineering na RWTH Aachen University , Aachen 2014.
2. ↑ Wolfgang Bleck (Hrsg.): Badania materiałów w badaniach i praktyce: [Dokument roboczy do wykładu i stażu w Instytucie Metalurgii Uniwersytetu RWTH Aachen . 12., poprawione. Wydanie. Moguncja, Aachen 1999, ISBN 3-89653-563-3 , s. 82 f . 
3. ^ Gottstein: materiałoznawstwo i technologia materiałowa . Ed.: Gottstein. S. 265 . 
4. ^ Yoshisato Kimura, David P. Pope: Ductility and toughness in intermetallics . W: Intermetallics . taśma 6 , nie. 7 , 1 stycznia 1998, s. 567-571 , doi : 10.1016 / S0966-9795 (98) 00061-2 . 
5. ^ Institute for Material Applications in Mechanical Engineering at RWTH Aachen University : Sample solution 9th exercise / Material Science I / WS 08/09 ( Memento z 16 lutego 2016 r. W Internet Archive ), dostęp 16 lutego 2016 r.