Resistência ao escoamento de materiais metálicos e seus fatores de influência

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.