před pracovním vytvrzením vykazuje mřížka materiálu pravidelný, téměř bezvadný vzor (téměř žádné dislokace). Mřížku bez defektů lze kdykoli vytvořit nebo obnovit žíháním. Jako materiál je práce tvrzené stává stále více nasycených s novou dislokací, a další dislokace brání nukleační (odolnost vůči dislokace-vznik vyvíjí). Tato odolnost proti tvorbě dislokací se projevuje jako odolnost proti plastické deformaci; proto pozorované posílení.
V kovové krystaly, to je reverzibilní proces a je obvykle provádí na mikroskopické měřítko vady nazývá dislokace, které jsou vytvářeny výkyvy v místních pole napětí v materiálu, které vyvrcholily v mřížce uspořádání jako dislokace se šíří skrz mříž. Při normálních teplotách nejsou dislokace zničeny žíháním. Místo toho se dislokace hromadí, vzájemně spolupracují a slouží jako bodové body nebo překážky, které významně brání jejich pohybu. To vede ke zvýšení mez kluzu materiálu a následnému snížení tažnosti.
taková deformace zvyšuje koncentraci dislokací, které mohou následně tvořit hranice zrn s nízkým úhlem obklopující dílčí zrna. Studena má obecně za následek vyšší mez kluzu v důsledku zvýšení počtu dislokací a Hall–Petch efekt sub-zrna a snížení tažnosti. Účinky opracování za studena lze zvrátit žíháním materiálu při vysokých teplotách, kde regenerace a rekrystalizace snižují hustotu dislokace.
prokalitelnost materiálu lze předpovědět analýzou křivky napětí a deformace nebo studovat v kontextu provedením zkoušek tvrdosti před a po procesu.
Elastické a plastické deformationEdit
Práce tvrdnutí je důsledkem plastické deformace, trvalá změna tvaru. To se liší od elastické deformace, která je reverzibilní. Většina materiálů nevykazuje pouze jeden nebo druhý, ale spíše kombinaci těchto dvou. Následující diskuse se většinou týká kovů, zejména ocelí, které jsou dobře studovány. Pracovní kalení se vyskytuje zejména u tvárných materiálů, jako jsou kovy. Tvárnost je schopnost materiálu podstoupit plastickou deformací, než zlomenina (například, ohýbání ocelové tyče, dokud se to konečně zlomí).
tahová zkouška se široce používá ke studiu deformačních mechanismů. Je to proto, že při stlačení se u většiny materiálů vyskytnou triviální (nesoulad mřížky) a netriviální (vzpěrné) události dříve, než dojde k plastické deformaci nebo zlomenině. Proto zprostředkující procesy, které se vyskytují materiálu v rámci jednoosé kompresi, než výskyt plastické deformace se tlaková zkouška plná s obtížemi.
materiál obecně deformuje elasticky pod vlivem malé síly; materiál rychle vrátí do svého původního tvaru, když deformující síla je odstraněna. Tento jev se nazývá elastická deformace. Toto chování v materiálech popisuje Hookeův zákon. Materiály se chovají elasticky, dokud se deformační síla nezvýší za mez pružnosti, která je také známá jako mez kluzu. V tomto okamžiku je materiál trvale deformován a po odstranění síly se nevrátí do původního tvaru. Tento jev se nazývá plastická deformace. Například, pokud jeden natáhne vinutou pružinu až do určitého bodu, vrátí se do původního tvaru, ale jakmile je natažena za elastickou mez, zůstane deformovaná a nevrátí se do původního stavu.
Elastické deformace se táhne vazeb mezi atomy daleko od své rovnovážné poloměr oddělení, bez použití dostatek energie, aby zlomit inter-atomic dluhopisů. Plastická deformace na druhé straně rozbíjí meziatomové vazby, a proto zahrnuje přeskupení atomů v pevném materiálu.
Dislokací a příhradové kmen fieldsEdit
V materiály vědy, řeči, dislokace jsou definovány jako řádkové vady v materiálu je krystalová struktura. Vazby obklopující dislokaci jsou již elasticky napnuty defektem ve srovnání s vazbami mezi složkami pravidelné krystalové mřížky. Proto se tyto vazby rozpadají při relativně nižších namáháních, což vede k plastické deformaci.
napjaté vazby kolem dislokace jsou charakterizovány mřížkovými kmenovými poli. Například existují stlačeně napjaté vazby přímo vedle dislokace hrany a napjatě napjaté vazby za koncem dislokace hrany. Ty tvoří tlaková deformační pole a tahová deformační pole. Kmenová pole jsou určitým způsobem analogická elektrickým polím. Konkrétně, deformační pole dislokací podléhají podobným zákonům přitažlivosti a odpuzování; za účelem snížení celkového napětí, tlakové kmeny jsou přitahovány k tahovým kmenům, a naopak.
viditelné (makroskopické) výsledky plastické deformace jsou výsledkem mikroskopického pohybu dislokace. Například protahování ocelové tyče v tahovém testeru je uloženo dislokačním pohybem na atomové stupnici.
Zvýšení dislokací a práce hardeningEdit
zvýšení počtu dislokací je kvantifikací pracovního kalení. Plastická deformace nastává v důsledku práce na materiálu, do materiálu se přidává energie. Kromě toho, že energie je téměř vždy aplikován dostatečně rychle a v dostatečně velkém rozsahu nejen přesunout stávající dislokací, ale také produkují velké množství nových dislokací tím, nepříjemný nebo pracovní materiál dostatečně dost. Nové dislokace jsou generovány v blízkosti zdroje s upřímným čtením.
mez kluzu se zvyšuje u materiálu opracovaného za studena. Pomocí mřížkových kmenových polí lze ukázat, že prostředí plné dislokací bude bránit pohybu jakékoli dislokace. Vzhledem k tomu, že pohyb dislokace je bráněn, nemůže dojít k plastické deformaci při normálním namáhání. Po aplikaci napětí za mezí kluzu non-studená-pracoval materiál, za studena pracoval materiál bude i nadále deformovat pomocí pouze mechanismus k dispozici: elastická deformace, pravidelný režim, protahování nebo stlačování elektrické dluhopisů (bez dislokace pohybu), nadále se vyskytují, a modul pružnosti je beze změny. Nakonec je stres dostatečně velký, aby překonal interakce napětí a pole a plastická deformace se obnoví.
avšak tažnost pracovně tvrzeného materiálu je snížena. Tažnost je rozsah, v jakém může materiál podstoupit plastickou deformaci, to znamená, jak daleko může být materiál plasticky deformován před zlomeninou. Materiál opracovaný za studena je ve skutečnosti normální (křehký) materiál, který již byl rozšířen částí své povolené plastické deformace. Jestli pohybu dislokace a plastická deformace byly brání dost dislokace akumulace, a strečink elektronických dluhopisy a elastické deformace dosáhly svého limitu, třetí režim deformace dochází: zlomenina.
Kvantifikace práce hardeningEdit
sílu, τ {\displaystyle \tau }
, dislokace je závislá na modulu pružnosti ve smyku, G, velikost Hamburgery vektor, b, a dislokační hustotu, ρ ⊥ {\displaystyle \rho _{\perp }}
: τ = τ 0 + G α b ρ ⊥ 1 / 2 {\displaystyle \tau =\tau _{0}+G\alpha b\rho _{\perp }^{1/2}\ }
kde τ 0 {\displaystyle \tau _{0}}
je vnitřní pevnost materiálu s nízkou dislokační hustotou a α {\displaystyle \alpha }
je korekční faktor specifické pro materiál.
jak je znázorněno na obrázku 1 a výše uvedené rovnici, pracovní kalení má poloviční kořenovou závislost na počtu dislokací. Materiál vykazuje vysokou pevnost, pokud jsou buď vysoké úrovně dislokací (větší než 1014 dislokací na m2) nebo žádné dislokace. Mírný počet dislokací (mezi 107 a 109 dislokacemi na m2) obvykle vede k nízké pevnosti.
ExampleEdit
Pro extrémní příklad, zkouška tahem bar z oceli je napjaté až těsně předtím, než délka, na které je obvykle zlomeniny. Zatížení se uvolňuje hladce a materiál zmírňuje část svého napětí snížením délky. Snížení délky se nazývá elastické zotavení a konečným výsledkem je pracovní kalená ocelová tyč. Zlomek délky zpět (délka zotavil/původní délky) se rovná výtěžnost-stres dělený modulem pružnosti. (Zde diskutujeme skutečné napětí, abychom zohlednili drastický pokles průměru v této zkoušce tahem.) Délka získaná po odstranění zátěže z materiálu těsně před tím, než se rozbije, se rovná délce získané po odstranění zátěže těsně před tím, než vstoupí do plastické deformace.
pracovní kalená ocelová tyč má dostatečně velký počet dislokací, že interakce deformačního pole zabraňuje veškeré plastické deformaci. Následné deformace vyžaduje napětí, které se lineárně mění se napětí pozorované, sklon grafu napětí vs. deformace je modul pružnosti, jako obvykle.
pracovní kalené ocelové tyče se zlomí, když aplikované napětí překročí obvyklé lomové napětí a kmen překročí obvyklé lomové napětí. To může být považováno za mez pružnosti a mez kluzu se nyní rovná lomové houževnatosti,která je mnohem vyšší než mez kluzu kalené oceli bez práce.
množství možné plastické deformace je nulové, což je menší než množství možné plastické deformace u nepracovně tvrzeného materiálu. Tím se sníží tažnost tyče opracované za studena.
podstatná a prodloužená kavitace může také způsobit vytvrzení kmene.