ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΊ ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΕΤΆΛΛΩΝ

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΊ ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗΣ ΤΩΝ ΜΕΤΆΛΛΩΝ

2 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΊ ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗΣ ΣΤΑ ΜΈΤΑΛΛΑ Κράματα με υψηλές αντοχές, μερική ολκιμότητα και δυσθραυστότητα ( μεταλλειολόγοι και μηχανικοί υλικών ) - η ολκιμότητα χάνεται όταν το κράμα ισχυροποιείται Η ικανότητα ενός μέταλλου να παραμορφώνεται πλαστικά εξαρτάται από την ικανότητα των διαταραχών να κινούνται : Περιορισμός η παρεμπόδιση της κίνησης της διαταραχής -> σκληρότερο και πιο ισχυρό υλικό

3 1. ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗ ΜΕ ΕΛΆΤΤΩΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΈΘΟΥΣ ΤΟΥ ΚΌΚΚΟΥ Σε πολυκρυσταλλικο μέταλλο, το μέγεθος των κόκκων (η μέση διάμετρος τους) επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες Γειτονικοί κόκκοι διαφορετικοί κρυσταλλογραφικοί προσανατολισμοί - κοινό όριο κόκκου Πλαστική παραμόρφωση ολίσθηση η κίνηση διαταραχών κατά μήκος του συνόρου

4 Το όριο κόκκου φράγμα στην κίνηση των διαταραχών : 1. Γειτονικοί κόκκοι έχουν διαφορετικό προσανατολισμό -> η διαταραχή αλλάζει τη διεύθυνση κίνησης Μεγαλύτερη διαφορά προσανατολισμού -> δυσκολότερη η αλλαγή διεύθυνσης κίνησης της διαταραχής 2. Ατομική αταξία σε μια περιοχή του ορίου κόκκου -> ασυνέχεια των επίπεδων ολίσθησης από ένα κόκκο στον άλλο Όρια κόκκου υψηλής γωνίας -> οι διαταραχές δεν διατρέχουν τα όρια -> οι διαταραχές << στοιβάζονται>> στα όρια κόκκων -> η συσσώρευση διαταραχών -> συγκεντρώσεις τάσεων που ενεργοποιούν νέες διαταραχές στους γειτονικούς κόκκους

5 Μικροί κόκκοι : α) μεγαλύτερη συνολική περιοχή ορίου κόκκου εμποδίζει την κίνηση των διαταραχών -> σκληρότερο υλικό β) μεγαλύτερη δυσθραυστοτητα Εξάρτηση αντοχής σε διαρροή από το μέγεθος κόκκου : Εξίσωση Hall-Petch σ y = σ 0 + κ y d 1 2 (1) d μέση διάμετρος του κόκκου σ 0, κ y σταθερές του υλικού (1) δεν ισχύει για πολυκρυσταλλικά υλικά με πολύ μεγάλους η πολύ μικρούς κόκκους

6 Εξάρτηση αντοχής σε διαρροή από το μέγεθος κόκκου για ένα κράμα ορείχαλκου d ρυθμίζεται - με την ταχύτητα στερεοποίησης από υγρή φάση - με θερμική επεξεργασία μετά από πλαστική παραμόρφωση

7 Όρια κόκκου μικρής γωνίας - ευθυγράμμιση ατελειών ακμής - δεν παρεμβαίνουν αποτελεσματικά στην διαδικασία ολίσθησης Όρια κόκκου μικρής και μεγάλης γωνίας b θ γωνία δυσευθυγράμμισης θ

8 Δίδυμα όρια παρεμποδίζουν αποτελεσματικά την ολίσθηση - αυξάνουν την αντοχή του υλικού Όρια μεταξύ δυο φάσεων επίσης εμπόδια στις κινήσεις διαταραχών - σημαντικά στην ισχυροποίηση των πιο σύνθετων κραμάτων - τα μεγέθη και οι μορφές των συστατικών των φάσεων επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες

9 σ y (MPa) %EL (σε 5 cm) TS (MPa) 2. ΙΣΧΥΡΟΠΟΊΗΣΗ ΣΤΈΡΕΟΥ ΔΙΑΛΎΜΑΤΟΣ Κραματοποίηση με άτομα προσμείξεων -> ισχυροποίηση και σκλήρυνση μέταλλων Υψηλής καθαρότητας μέταλλα - μαλακότερα και ασθενέστερα από κράματα του ίδιου βασικού μέταλλου Κράμα Χαλκού - Νικελίου Περιεκτικοτητα σε Νικελιο (% wt) Περιεκτικοτητα σε Νικελιο (% wt) Περιεκτικοτητα σε Νικελιο (% wt)

10 Τα άτομα πρόσμειξης επιβάλλουν πλεγματικές παραμορφώσεις -> αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαταραχών και ατόμων πρόσμειξης -> περιορισμό της κίνησης διαταραχών Άτομο πρόσμιξης μικρότερο από άτομο πλέγματος που αντικαθιστά ασκεί εφελκυστηκές παραμορφώσεις στο γειτονικό κρυσταλλικό πλέγμα

11

12 Άτομο πρόσμιξης μεγαλύτερο από άτομο πλέγματος που αντικαθιστά ασκεί θλιπτικές παραμορφώσεις στο γειτονικό κρυσταλλικό πλέγμα Τα άτομα πρόσμιξης διαχέονται και συγκεντρώνονται γύρω από διαταραχές με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνουν την ολική ενεργεία παραμόρφωσης - ακυρώνουν σε κάποιο βαθμό τις πλεγματικές παραμορφώσεις γύρο από τη διαταραχή

13 Άτομα πρόσμιξης -> η ολική παραμόρφωση πλέγματος αυξάνει όταν μια διαταραχή απομακρύνεται από αυτά -> μεγαλύτερη αντίσταση στην ολίσθηση Χρειάζεται μεγαλύτερη τάση για την πλαστική παραμόρφωση για κράματα σε αντίθεση με τα καθαρά μέταλλα

14

15 3. ΣΚΛΉΡΥΝΣΗ ΜΕ ΕΝΔΟΤΡΑΧΥΝΣΗ (STRAIN HARDENING) Σκλήρυνση με ενδοτράχυνση = ένα όλκιμο υλικό γίνεται σκληρότερο και σκλήρυνση με κατεργασία (work hardening) ισχυρότερο όταν παραμορφώνεται πλαστικά ψυχρηλασία (cold working) παραμόρφωση σε χαμηλή θερμοκρασία (σε σχέση με την απόλυτη θερμοκρασία τήξης του μετάλλου, συνήθως σε θερμοκρασία δωματίου) Η ποσοστιαία ( % ) ψυχρηλασία : %CW = A 0 A d A A 0 - αρχικό εμβαδό της ενεργού διατομής A d - εμβαδό της ενεργού διατομής μετά την παραμόρφωση (after deformation)

16 σ y (MPa) TS (MPa) 1040 Χάλυβας (1040 steel), Ορείχαλκος (brass), Χαλκός (cooper) % CW % CW

17 Ολκιμότητα (%EL) 1040 Χάλυβας ( steel) Ορείχαλκος (brass) Χαλκός (cooper) % CW

18 Τάση 1. Το μέταλλο με αντοχή σ y0 παραμορφώνεται πλαστικά στο σημείο D 2. Αποδέσμευση και επαναεφαρμογή της τάσης 3. σ yi > σ y0 το μέταλλο έχει γίνει ισχυρότερο Ανάκτηση ελαστικής παραμόρφωσης Παραμόρφωση

19 Επίδραση της ψυχρηλασίας στην συμπεριφορά τάση παραμόρφωση ( π.χ. για χάλυβα)

20 Tο φαινόμενο σκλήρυνση με ενδοτράχυνση - αλληλεπιδράσεις των πεδίων παραμόρφωσης μεταξύ διαταραχής - διαταραχής Η πυκνότητα διαταραχών αυξάνει με την ψυχρηλασία -> η μέση απόσταση διαχωρισμού μεταξύ διαταραχών μειώνεται Κατά μέσο όρο, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαταραχών είναι απωστικες -> η κίνηση της διαταραχής παρεμποδίζεται από την παρουσία άλλων διαταραχών Η πυκνότητα διαταραχών αυξάνει-> η αντίσταση στην κίνηση της διαταραχής από άλλες διαταραχές γίνεται πιο έντονη -> η απαραίτητη επιβαλλόμενη τάση αυξάνεται με την αύξηση της ψυχρηλασίας Πραγματική τάση πραγματική παραμόρφωση : n - εκθέτης σκλήρυνσης με ενδοτράχυνση σ T = K ε T n - μέτρο της ικανότητας ενός μετάλλου να σκληραίνει με ενδοτράχυνση - μεγαλύτερο n -> μεγαλύτερη η ενδοτράχυνση για μια δεδομένη πλαστική παραμόρφωση

21 Οι μηχανισμοί ισχυροποίησης και σκλήρυνσης μονοφασικών κραμάτων μετάλλων: a. Ελάττωση του μεγέθους του κόκκου b. Ισχυροποίηση στερεού διαλύματος c. Σκλήρυνση με ενδοτράχυνση μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό ( π.χ.: Ισχυροποιημένο κράμα στερεού διαλύματος + σκλήρυνση με ενδοτραχυνση ) Τα αποτελέσματα της ισχυροποίησης με την μείωση του μεγέθους κόκκου και της ενδοτραχυνσης μπορούν να απαλειφθούν ή τουλάχιστον να μειωθούν με μια κατεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες Η ισχυροποίηση στερεού διαλύματος δεν επηρεάζεται από τη θερμική επεξεργασία.

22 ΕΡΩΤΉΣΕΙΣ 1. Όταν κάνουμε μετρήσεις σκληρότητας, ποια θα είναι το αποτέλεσμα μιας μέτρησης με διείσδυση πολύ κοντά σε μια προϋπάρχουσα εσοχή από διείσδυση ; Γιατί; 2. Θα περιμένατε ένα κρυσταλλικό κεραμικό υλικό να υφίσταται ενδοσκλήρυνση σε θερμοκρασία δωματίου ; Γιατί ή γιατί όχι ;

23 4. ΑΝΆΚΤΗΣΗ Υψηλές θερμοκρασίες & απουσία εξωτερικά εφαρμοζόμενης τάσης -> αυξανομένη ατομική διάχυση -> ένα μέρος της αποθηκευμένης εσωτερικής ενέργειας παραμόρφωσης απελευθερώνεται μέσω της κίνησης διαταραχών Μείωση του αριθμού διαταραχών Παραγωγή διαταραχών με διαμορφώσεις με μικρές ενέργειες παραμόρφωσης Η ηλεκτρική και η θερμική αγωγιμότητα επανέρχονται στις καταστάσεις προ - ψυχρηλασίας

24 5. ΑΝΑΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ Μετά την πλήρη ανάκτηση, οι κόκκοι είναι ακόμα σε κατάσταση σχετικά υψηλής ενέργειας παραμόρφωσης Ανακρυστάλλωση = σχηματισμός ενός νέου συνόλου μη-παραμορφωμένων ισοαξονικών κόκκων με χαμηλή πυκνότητα διαταραχών, χαρακτηριστική της προ-ψυχρηλασίας κατάστασης. Η διαφορά της εσωτερικής ενέργειας μεταξύ του παραμορφωμένου και μηπαραμορφωμένου υλικού = κινητήρια δύναμη της νέας δομής κόκκου Νέοι κόκκοι σχηματίζονται ως πολύ μικροί πυρήνες - διάχυση μικρής εμβέλειας -> ανάπτυξη μέχρι την τελείως αντικατάσταση του μητρικού υλικού

25 (α) Ψυχρηλατημένη (CW 33%) κοκκώδης δομή (b) Αρχική στάδιο ανακρυστάλλωσης μετά από θέρμανση για 3 s στους 580 o C (c) Μερική αντικατάσταση ψυχρηλατημένων κόκκων από αποκρυσταλλωμένους (4s, 580 o C) (d) Πλήρης ανακρυστάλλωση (8s, 580 o C) (e) Ανάπτυξη κόκκων μετά από 15min, 580 o C (f) Ανάπτυξη κόκκων μετά 10min, 700 o C Διάφορα στάδια της διαδικασίας ανακρυστάλλωσης για ορείχαλκο

26 Ανακρυστάλλωση : - οι μηχανικές ιδιότητες που άλλαξαν με την ψυχρηλασία επιστρέφουν στις τιμές προ ψυχρηλασίας - το μέταλλο γίνεται πιο μαλακό, πιο αδύναμο, πιο όλκιμο - η έκταση της εξαρτάται από το χρόνο και τη θερμοκρασία : ο βαθμός της ανακρυστάλλωσης αυξάνει με τον χρόνο

27 - Αντοχή σε εφελκυσμό και ολκιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου - Μέγεθος κόκκων ως συνάρτηση του θερμοκρασία ανόπτησης Επίδραση της θερμοκρασίας ανόπτησης (1h ανόπτηση) στην αντοχή σε εφελκυσμό και στην ολκιμότητα για ένα κράμα ορείχαλκου

28 Η ανακρυστάλλωση καθορίζεται από την θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης = η θερμοκρασία στην οποία η ανακρυστάλλωση ολοκληρώνεται σε 1 h - μεταξύ του 1/3 και 1/2 της απόλυτης θερμοκρασίας τήξεως - εξαρτάται από: 1. την καθαρότητα του κράματος 2. το ποσό της προγενέστερης ψυχρηλασίας %CW -> το ρυθμό της ανακρυστάλλωσης -> θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης Κάτω από το κρίσιμο βαθμό ψυχρηλασίας η ανακρυστάλλωση δεν μπορεί να συμβεί. Συνήθως, αυτό είναι μεταξύ 2% και 20% της ψυχρηλασίας Σταθερή, οριακή τιμή (προσδιορίζεται στη βιβλιογραφία)

29 Η ανακρυστάλλωση προχωρά πιο γρήγορα σε καθαρά μέταλλα από ό, τι σε κράματα: Α) Κατά τη διάρκεια της ανακρυστάλλωσης : νέοι πυρήνες δημιουργούνται και αναπτύσσονται - > κίνηση στα όρια των κόκκων Β) Τα άτομα προσμίξεως συγκεντρώνονται στα όρια των κόκκων και απαλειπουν την κινητικότητα τους -> αυξάνει τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης Καθαρά μέταλλα : η θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης 0.3T m (0.4T m ), όπου T m είναι η απόλυτη θερμοκρασία τήξης Ορισμένα εμπορικά κράματα : η θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης 0.7T m

30 Θερμοκρασίες ανακρυσταλλώσης και τήξης για έναν αριθμό μετάλλων και κραμάτων (Μόλυβδος) (Κασσίτερος) (Ψευδάργυρος) (Αλουμίνιο) (Χαλκός) (Ορείχαλκος) (Νικέλιο) (Σίδηρος) (Βολφράμιο) K K

31 Ο ρυθμός ανακρυστάλλωσης εξαρτάται από διάφορες μεταβλητές- > αυθαιρεσία στις τιμές θερμοκρασίας ανακρυστάλλωσης που αναφέρονται στην βιβλιογραφία Κάποιος βαθμός ανακρυστάλλωσης είναι δυνατό να συμβεί σε ένα κράμα που κατεργάζεται θερμικά σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του

32 ΘΕΡΜΉ ΚΑΤΕΡΓΑΣΊΑ ΔΙΑΜΌΡΦΩΣΗΣ (ΘΕΡΜΗΛΑΣΊΑ) Πλαστική παραμόρφωση σε θερμοκρασίες πάνω από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης Το υλικό που παραμένει σχετικά μαλακό και όλκιμο κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης, επειδή δεν υπόκειται σε σκλήρυνση με ενδοτράχυνση, και επομένως είναι πιθανές μεγάλες παραμορφώσεις

33 ΕΡΩΤΉΣΕΙΣ 1. Εξηγήστε εν συντομία γιατί ορισμένα μέταλλα (π.χ. μόλυβδος, κασσίτερος) δεν ενδοτραχύνονται όταν παραμορφώνονται σε θερμοκρασία δωματίου. 2. Θα περιμένατε να είναι δυνατή η ανακρυστάλλωση για κεραμικά υλικά; Γιατί ή γιατί όχι;

34 6. ΑΝΆΠΤΥΞΗ ΚΌΚΚΩΝ Μετά την πλήρη ανακρυστάλλωση, οι κόκκοι που δεν έχουν παραμορφωθεί συνεχίζουν να αναπτύσσονται αν το μεταλλικό δείγμα αφεθεί σε υψηλή θερμοκρασία = ανάπτυξη των κόκκων Η ανάκτηση και η ανακρυσταλλωση δεν χρειάζεται να προηγούνται της ανάπτυξης κόκκων Η ανάπτυξη κόκκων μπορεί να συμβεί σε όλα τα πολυκρυσταλλικά υλικά, μέταλλα και κεραμικά.

35 Ένα ποσό ενέργειας σχετίζεται με τα όρια των κόκκων : Το μέγεθος των κόκκων αυξάνει -> η συνολική οριακή περιοχή μειώνεται -> μείωση στην συνολική ενέργεια -> οδηγούσα δύναμη για την ανάπτυξη των κόκκων Ανάπτυξη κόκκων -> μετανάστευση των ορίων κόκκων Οι μεγάλοι κόκκοι αναπτύσσονται, οι μικροί κόκκοι συρρικνώνονται Η κίνηση των ορίων είναι μια μικρής εμβέλειας διάχυση των ατόμων από τη μία πλευρά του ορίου στην άλλη

36 Για πολλά πολυκρυσταλλικά υλικά : d n d 0 n = Kt d 0 - αρχική διάμετρος στο t = 0 K, n χρονικά ανεξάρτητες σταθερές - γενικά n 2 Ανάπτυξη κόκκων μέσω ατομικής διάχυσης

37 Η εξάρτηση του μεγέθους των κόκκων από το χρόνο και τη θερμοκρασία : ο λογάριθμος της διαμέτρου του κόκκου ως συνάρτηση του λογαρίθμου του χρόνου για έναν κράμα ορείχαλκου σε διάφορες θερμοκρασίες

38 Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες οι καμπύλες είναι γραμμικές Αύξηση της θερμοκρασίας -> αύξηση του ρυθμού διάχυσης -> η ανάπτυξη κόκκων προχωρά ταχύτερα και οι καμπύλες είναι μετατοπισμένα προς τα πάνω σε μεγαλύτερα μεγέθη κόκκων Μέταλλο με μικρούς κόκκους -> καλύτερες μηχανικές ιδιότητες (υψηλότερη αντοχή και δυσθραυστότητα ) Αν ένα μονοφασικό κράμα έχει μεγαλύτερους κόκκους από τους επιθυμητούς -> πλαστική παραμόρφωση του υλικού + θερμική επεξεργασία ανακρυστάλλωσης -> μικρότερους κόκκους

39 ΠΑΡΆΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΒΛΉΜΑΤΟΣ 1 Όταν ένα υποθετικό μέταλλο που έχει διάμετρο κόκκου από 8.2X 10-3 mm, θερμαίνεται στους C για 12.5 min, η διάμετρος κόκκου αυξάνει σε 2.7X 10-2 mm. Υπολογίστε τη διάμετρο κόκκου, όταν ένα δοκίμιο του αρχικού υλικού θερμαίνεται στους C για 100 λεπτά. Υποθέστε ότι ο εκθέτης της διαμέτρου κόκκου έχει τιμή 2.

40 ΘΕΡΜΙΚΈΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΊΕΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΏΝ Ανοπτηση : 1. θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία ΚΡΑΜΆΤΩΝ 1. ΚΑΤΕΡΓΑΣΊΕΣ ΑΝΟΠΤΗΣΗΣ (ANNEALING PROCESSES) 2. Παραμονή σε αυτή τη θερμοκρασία για παρατεταμένη χρονική περίοδο 3. Ψύξη (συνήθως σε θερμοκρασία περιβάλλοντος) με χαμηλούς ρυθμούς Εφαρμογές : 1. Για την αποκατάσταση τάσεων 2. Για την αύξηση της ευπλασίας, της ολκιμότητας και της δυσθραυστότητας 3. Για την παραγωγή μιας ιδιαίτερης μικροδομης

41 Στην θέρμανση και ψύξη-> βαθμίδες θερμοκρασίας μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών τμημάτων -> εσωτερικές τάσεις με πιθανή συνέπεια τη στρέβλωση και τη ρηγματωση Η ανοπτηση επιταχύνεται αυξάνοντας την θερμοκρασία -> διεργασίες διάχυσης

42 Ανόπτηση κατεργασίας Θερμική κατεργασία για την αναίρεση των επιπτώσεων της ψυχρηλασίας -> μαλακώνει και αυξάνει την ολκιμότητα ενός υλικού που προηγούμενα έχει ενδοτραχυνθεί Εφαρμογή σε διαδικασίες παραγωγής οι οποίες απαιτούν εκτεταμένη πλαστική παραμόρφωση χωρίς θραύσης και χωρίς υπερβολική κατανάλωση ενέργειας Κατά την διάρκεια της είναι δυνατό να συμβούν ανάκτηση και ανακρυσταλλωση ( απόκτηση λεπτοκρυσταλλικης δομής και τερματισμός πριν την ανάπτυξη του μεγέθους των κόκκων )

43 Αποκατάσταση τάσεων Εσωτερικές παραμένουσες τάσεις μπορεί να αναπτυχθουν από: (1) Κατεργασίες πλαστικής παραμόρφωσης (2) Μη ομοιόμορφη ψύξη ενός μετάλλου το οποίο έχει υποστεί επεξεργασία ή κατασκευαστικέ σε υψηλή θερμοκρασία (συγκόλληση, χύτευση) (3) Ένα μετασχηματισμό φάσης κατά την ψύξη όπου η αρχική φάση έχει διαφορετική πυκνότητα από τις παραγόμενες φάσεις Οι παραμένουσες τάσεις προκαλούν στρέβλωση και παραμόρφωση Θερμική κατεργασία αποκατάστασης τάσεων : το δοκίμιο θερμαίνεται στη συνιστώμενη θερμοκρασία, η οποία διατηρείται μέχρι το δοκίμιο να αποκτήσει ομοιόμορφη θερμοκρασία και μετά ψύχεται στην θερμοκρασία δωματίου. Η θερμοκρασία ανόπτησης είναι συνήθως σχετικά χαμηλή => δεν επηρεάζονται τα αποτελέσματα ψυχρηλασίας και άλλων θερμικών διεργασιών.

44 2. ΣΚΛΉΡΥΝΣΗ ΜΕ ΚΑΤΑΚΡΉΜΝΙΣΗ (PRECIPITATION HARDENING) Η αντοχή και η σκληρότητα μερικών κραμάτων μετάλλων βελτιώνονται με τον σχηματισμό εξαιρετικά μικρών και ομοιόμορφα διασπαρμένων σωματιδίων μιας δεύτερης φάσης εντός της μήτρας της πρωτογενούς φάσης Αυτό το φαινόμενο επιτυγχάνεται με κατάλληλες θερμικές κατεργασίες και ονομάζεται σκλήρυνση με κατακρήμνιση η σκλήρυνση μέσω γήρανσης (η αντοχή αναπτύσσεται με το πέρασμα του χρόνου) Τα μικρά σωματίδια της νέας φάσης ονομάζονται ιζήματα (precipitates)

45 Μηχανισμός της σκλήρυνσης (α) (β) (γ) Κράμα αλουμινίου χαλκού: (α) υπέρκορο στερεό διάλυμα, (β) μεταβατική κατακρημνιζόμενη φάση θ, (γ) φάση ισορροπίας θ εντός της μητρικής φάσης

46 Φωτογραφία από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μικροδομή ενός 7150-Τ651 κράμα αλουμινίου 6.2 wt% Zn, 2.3 wt%cu, 2.3 wt% Mg, 0.12 wt% Zr, με βάση Al) που έχει σκληρυνθεί με κατακρήμνιση. - Φωτεινές περιοχές μητρική φάση (στερεό διάλυμα αλουμινίου) - Μικρά σκοτεινά σωματίδια ιζήματος με μορφή πλακιδίων = ενδιάμεση φάση - το υπόλοιπο είναι η φάση ισορροπίας (MgZn2) «διακοσμούν» τα όρια κόκκων

47 Αλλαγή της αντοχής διαρροής στην σκλήρυνση με κατακρήμνιση ενός κράματος αλουμινίου 2014 (0.9 wt% Si, 4.4wt% Cu, 0.8 wt% Μη, 0.5wt% Mg) σε τέσσερις διαφορετικές θερμοκρασίες γήρανσης

48 Η αύξηση της αντοχής επιταχύνεται καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται Ιδανική περίπτωση: η θερμοκρασία και ο χρόνος της θερμικής κατεργασίας κατακρήμνισης να σχεδιαστούν ώστε η αντοχή να είναι μεγίστη

49 Αύξηση της αντοχής -> ελάττωση της ολκιμότητας

50 Μόνο μερικά κράματα που ικανοποιούν συγκεκριμένες συνθήκες σύστασης και μορφής διαγράμματος φάσης είναι επιδεκτικά σε σκλήρυνση με κατακρήμνιση Πλεγματικές παραμορφώσεις στην διεπιφάνεια μήτρας ιζήματος στην μεταβατική φάση -> εμπόδιση των κινήσεων διαταραχών κατά την πλαστική παραμόρφωση -> κράμα σκληρότερο και ισχυρότερο Φάση θ: μείωση της αντίστασης σε ολίσθηση -> υπεργήρανση (μαλάκυνση και εξασθένιση)

51 Τα συνδυασμένα αποτελέσματα της σκλήρυνσης μετά από παραμόρφωση και της σκλήρυνσης με κατακρήμνιση => κράματα υψηλής αντοχής Σειρά διαδικασιών σκλήρυνσης για βέλτιστο συνδυασμό μηχανικών ιδιοτήτων: (1) Θερμική διεργασία διαλύματος (2) Εμβάπτιση (3) Ψυχρηλασία (4) Σκλήρυνση με κατακρήμνιση (προκαλεί μικρή απώλεια αντοχής λόγο ανακρυστάλλωσης) Σκλήρυνση με κατακρήμνιση πριν την ψυχρηλασία : - χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για την παραμόρφωση του - μπορεί να εμφανιστεί ρηγμάτωση λόγω της μείωσης της ολκιμότητας που συνοδεύει την σκλήρυνση με κατακρήμνιση Τα περισσότερα κράματα που έχουν σκληρυνθεί με κατακρήμνιση έχουν περιορισμούς στη μεγίστη θερμοκρασία χρήσης

52 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Μηχανισμοί ισχυροποίησης και σκλήρυνσης μονοφασικών κραμάτων μετάλλων: a. Ελάττωση του μεγέθους του κόκκου b. Ισχυροποίηση στερεού διαλύματος c. Σκλήρυνση με ενδοτράχυνση Ανάκτηση : - αποκατάσταση εσωτερικής ενεργείας παραμόρφωσης λόγω της κίνησης διαταραχών - ορισμένες ιδιότητες υλικών επιστρέφουν στις τιμές που είχαν προ - ψυχρηλασίας Ανακρυστάλλωση νέο σύνολο ισοαξονικών κόκκων Ανάπτυξη κόκκου

53 Θερμικές κατεργασίες μεταλλικών κραμάτων - Κατεργασίες ανόπτησης - Αποκατάσταση τάσεων Σκλήρυνση με Κατακρήμνιση - αύξηση της αντοχής και ελάττωση της ολκιμότητας με τον σχηματισμό μικρών σωματιδίων μιας δεύτερης φάσης εντός της μήτρας της πρωτογενούς φάσης Σειρά διαδικασιών σκλήρυνσης