Resistência ao escoamento de materiais metálicos e seus fatores de influência
Dec 02, 2024
A resistência ao escoamento refere-se ao material que começa a produzir deformação macroplástica quando o estresse. Para o fenômeno de escoamento é material óbvio, limite de escoamento no ponto de escoamento de tensão - valor de escoamento; para o fenômeno de escoamento não é um material óbvio, geralmente será a curva tensão-deformação, a fim de prever a ocorrência de uma certa quantidade de deformação residual como padrão, como geralmente 0,2% de deformação residual do tensão como o limite de escoamento, o símbolo para σ0.2 ou σys.
O limite de escoamento é geralmente usado como um índice de avaliação das propriedades mecânicas de materiais sólidos e é o limite real de uso do material.
Fatores intrínsecos que afetam o limite de escoamento
Os fatores intrínsecos que afetam a resistência ao escoamento são:
1. Natureza do metal e tipo de rede - O limite de escoamento de um único cristal metálico puro é determinado pela resistência ao movimento de discordância. Essas resistências são diferenciadas entre resistência de rede e resistência resultante de interações entre discordâncias. As forças da rede estão relacionadas às larguras de discordância e aos vetores de Bergner, ambos os quais, por sua vez, estão relacionados à estrutura cristalina. A resistência gerada pela interação entre deslocamentos inclui a resistência gerada pela interação entre deslocamentos paralelos e a resistência gerada pela interação entre deslocamentos móveis e deslocamentos florestais. É expresso pela fórmula: T= Gb/L, onde é o fator de escala, e como a densidade ρ é proporcional a 1/L2, portanto, T= Gbρ1/2, que mostra que um aumento na densidade aumenta a resistência ao escoamento.
2. Tamanho do grão e subestrutura - o efeito do tamanho do grão é um reflexo do efeito dos limites do grão, a redução do tamanho do grão aumentará o número de barreiras ao movimento de discordância e reduzirá o comprimento do grupo de obstrução de discordância dentro do grão, o que resultará em um aumento na resistência ao escoamento. Muitos metais e ligas de limite de escoamento e tamanho de grão da relação são consistentes com a fórmula de Holpegger σs=σj + kyd-1/2, em que σj é o deslocamento no metal base no movimento de a resistência total, também conhecida como resistência ao atrito, que é determinada pela estrutura cristalina e pela densidade das discordâncias; ky é uma medida dos limites de grão no fortalecimento da contribuição para o tamanho da constante de fixação, ou que o final da banda de deslizamento do coeficiente de concentração de tensão; d para o tamanho médio dos grãos. Os limites subgranulares agem de forma semelhante aos limites de grão e também impedem o movimento das discordâncias.
3. elementos de soluto - metal puro nos átomos de soluto para formar uma liga de solução sólida intersticial ou de substituição aumentará significativamente a resistência ao escoamento, este é o fortalecimento da solução sólida. Isto se deve principalmente aos átomos de soluto e átomos de solvente de diferentes diâmetros, no soluto em torno da formação do campo de tensão de distorção da rede, o campo de tensão produz interação, de modo que o movimento de discordância é bloqueado, aumentando assim a resistência ao escoamento.



4. segunda fase - engenharia de materiais metálicos cuja microestrutura é geralmente multifásica. O efeito da segunda fase no limite de escoamento está fortemente relacionado ao fato de os próprios plasmas poderem se deformar durante a deformação de escoamento do material metálico. Assim, os plasmas de segunda fase podem ser divididos em duas categorias: não deformáveis e deformáveis.
De acordo com a teoria da discordância, a linha de discordância só pode contornar os plasmas indeformáveis da segunda fase e, por esta razão, a tensão da linha da discordância de flexão deve ser superada. O limite de escoamento e a tensão reológica de materiais metálicos com plasmas de segunda fase não deformáveis são determinados pelo espaçamento entre os plasmas de segunda fase. No caso de plasmas de segunda fase deformáveis, as discordâncias podem ser cortadas e deformadas juntamente com a matriz, aumentando assim também o limite de escoamento.
O efeito de fortalecimento da segunda fase também está relacionado ao seu tamanho, forma, número e distribuição, bem como à resistência, plasticidade e propriedades de endurecimento correspondentes da segunda fase e da matriz, ao ajuste cristalográfico entre as duas fases e à energia interfacial. . Para a mesma relação de volume da segunda fase, os plasmas alongados influenciam significativamente o movimento de discordância, de modo que o limite de escoamento de um material metálico com tal organização é maior do que o de um material esférico.
Em resumo, caracterizar a resistência à deformação plástica do traço metálico da resistência ao escoamento é uma composição, a organização é extremamente sensível às propriedades mecânicas do índice, afetada por muitos fatores intrínsecos, alterar a composição da liga ou o processo de tratamento térmico pode fazer com que a resistência ao escoamento produza mudanças significativas.
Influência na resistência ao escoamento de fatores extrínsecos
1. temperatura - a temperatura geral da diminuição da resistência ao escoamento do material metálico, no entanto, a estrutura cristalina do material metálico é diferente, a tendência de mudança não é a mesma.
2. taxa de deformação - ao esticar, a taxa de carga aumenta, a taxa de deformação aumenta, a resistência do material metálico aumenta. Isto ocorre principalmente porque, qualquer tipo de metal tem sua própria velocidade de propagação de deformação plástica, se a velocidade de carregamento for maior que sua própria velocidade de propagação plástica, inevitavelmente levará a um aumento no ponto de escoamento. Isso ocorre porque se a taxa de carregamento for muito rápida, a rotação do plano cristalográfico na direção da força externa é insuficiente e o deslizamento é impedido no crescimento e expansão da amostra, que se manifesta macroscopicamente na forma de um aumento na resistência à deformação plástica inicial. Isto é, com a geração do endurecimento por deformação, a eliminação espontânea do endurecimento da resposta não pode ser realizada, e o endurecimento por deformação impedirá o desenvolvimento contínuo da deformação, portanto, para atingir a deformação residual desejada, é necessário continuar a aumentar a força externa, que também se manifesta como um aumento na resistência à deformação plástica inicial.
3. Estado de tensão - o estado de tensão na resistência ao escoamento de materiais metálicos também é muito importante. Quanto maior o componente da tensão de cisalhamento, mais propício à deformação plástica do material, menor a resistência ao escoamento, portanto, torção do que a resistência ao escoamento da tração baixa, tração do que a resistência ao escoamento da flexão baixa, o mesmo estado de tensão do material a resistência ao escoamento é diferente, não é uma mudança na natureza do material, mas o material em diferentes condições de desempenho do comportamento mecânico dos diferentes apenas. Costumamos dizer que o limite de escoamento do material geralmente se refere ao limite de escoamento no alongamento unidirecional.
Como melhorar a resistência ao escoamento
1. Modificação de liga
A modificação da liga é um método comum para melhorar a resistência ao escoamento dos metais. Através da adição de elementos no metal, a formação de solução sólida, fase de endurecimento por precipitação ou solução sólida intersticial, etc., para melhorar a microestrutura do metal, melhorando assim a resistência do metal. Por exemplo, a adição de elementos de terras raras às ligas de alumínio pode aumentar significativamente o seu limite de escoamento.
2. Tratamento térmico
O tratamento térmico inclui métodos de recozimento, têmpera e revenido. Ao controlar a temperatura, o tempo e a taxa de resfriamento do tratamento térmico, o tamanho do grão do metal é refinado, o limite do grão é purificado e a densidade de deslocamento é aumentada, de modo a melhorar a resistência ao escoamento do metal. Por exemplo, a têmpera pode aumentar significativamente o limite de escoamento e a dureza do aço.
3. Endurecimento por trabalho a frio
O endurecimento por trabalho a frio refere-se ao aumento da densidade de discordâncias através da deformação do metal por trabalho a frio e ao aumento da resistência e dureza do metal, dificultando o movimento das discordâncias. Geralmente use compressão, alongamento, flexão e outros métodos de trabalho a frio. Por exemplo, o cobre pode aumentar significativamente o seu limite de escoamento após deformação por tração.
4. Engenharia de limites de grãos
A engenharia de limites de grão é um método para melhorar o limite de escoamento de metais, utilizando o efeito dos limites de grão nas propriedades do material. Ao controlar a interação dos limites dos grãos metálicos e o efeito dificultador das discordâncias, a resistência ao escoamento dos metais pode ser significativamente melhorada. Por exemplo, o limite de escoamento do cobre pode ser significativamente melhorado ajustando o ângulo do limite de grão e a morfologia do limite de grão.
5. Tratamento de superfície
O tratamento de superfície é um método para melhorar a resistência ao escoamento do metal por meio da modificação da superfície. Por exemplo, o uso da tecnologia de revestimento químico de cobre pode fazer com que a superfície do aço forme uma camada de revestimento de cobre uniforme, de modo que a superfície do aço forme uma nova estrutura e organização, melhorando assim sua resistência ao escoamento.
Em resumo, existem vários métodos para melhorar o limite de escoamento de materiais metálicos, incluindo modificação de ligas, tratamento térmico, endurecimento por trabalho a frio, engenharia de contorno de grão e tratamento de superfície. Na aplicação prática, é necessário escolher métodos adequados de melhoria de acordo com os diferentes tipos de materiais e ambientes de utilização.







