a keményedés előtt az anyag rácsa szabályos, szinte hibamentes mintázatot mutat (szinte nincs elmozdulás). A hibamentes rács bármikor létrehozható vagy helyreállítható lágyítással. Ahogy az anyag megkeményedik, egyre telítettebbé válik új diszlokációkkal, és több diszlokáció megakadályozza a magképződést (rezisztencia alakul ki a diszlokációval szemben). Ez a diszlokációval szembeni ellenállás a plasztikus deformációval szembeni ellenállásként nyilvánul meg; ezért a megfigyelt erősítés.
fémes kristályokban ez egy reverzibilis folyamat, amelyet általában mikroszkopikus léptékben hajtanak végre diszlokációknak nevezett hibák, amelyeket az anyagon belüli helyi feszültségmezők ingadozása hoz létre, amely rács átrendeződéssel zárul, amikor a diszlokációk a rácson keresztül terjednek. Normál hőmérsékleten a diszlokációk nem megsemmisülnek a lágyítással. Ehelyett a diszlokációk felhalmozódnak, kölcsönhatásba lépnek egymással, és rögzítési pontokként vagy akadályokként szolgálnak, amelyek jelentősen akadályozzák mozgásukat. Ez az anyag folyáshatárának növekedéséhez, majd a hajlékonyság csökkenéséhez vezet.
az ilyen deformáció növeli a diszlokációk koncentrációját, amelyek később alacsony szögű szemcsehatárokat képezhetnek az alszemcsék körül. A hidegmegmunkálás általában magasabb hozamszilárdságot eredményez a diszlokációk számának növekedése és az alszemcsék Hall–Petch hatása, valamint a hajlékonyság csökkenése következtében. A hidegmegmunkálás hatásai megfordíthatók az anyag magas hőmérsékleten történő lágyításával, ahol a visszanyerés és az átkristályosítás csökkenti a diszlokációs sűrűséget.
egy anyag keményedési képessége megjósolható egy feszültség–alakváltozás görbe elemzésével, vagy kontextusban tanulmányozható keménységi tesztek elvégzésével egy folyamat előtt és után.
rugalmas és műanyag deformációszerkesztés
a munka megkeményedése a képlékeny deformáció következménye, az alak állandó változása. Ez különbözik a rugalmas deformációtól, amely visszafordítható. A legtöbb anyag nem csak az egyiket vagy a másikat mutatja, hanem a kettő kombinációját. A következő vita leginkább a fémekre vonatkozik, különösen az acélokra, amelyeket jól tanulmányoztak. A munka megkeményedése leginkább a képlékeny anyagok, például a fémek esetében fordul elő. A hajlékonyság az anyag azon képessége, hogy törés előtt műanyag deformációkon megy keresztül (például egy acélrúd hajlítása, amíg végül el nem törik).
a szakítóvizsgálatot széles körben használják a deformációs mechanizmusok tanulmányozására. Ez azért van, mert a tömörítés során a legtöbb anyag triviális (rácsos eltérés) és nem triviális (kihajlás) eseményeket tapasztal, mielőtt a plasztikus deformáció vagy törés bekövetkezne. Ezért azok a köztes folyamatok, amelyek az anyagnál egytengelyes tömörítés alatt fordulnak elő a plasztikus deformáció előfordulása előtt, a nyomási tesztet nehézségekbe ütközővé teszik.
egy anyag kis erők hatására általában rugalmasan deformálódik; a deformáló erő eltávolításakor az anyag gyorsan visszatér eredeti alakjához. Ezt a jelenséget rugalmas deformációnak nevezik. Az anyagokban ezt a viselkedést Hooke törvénye írja le. Az anyagok rugalmasan viselkednek, amíg a deformáló erő meghaladja a rugalmassági határt, amelyet hozamfeszültségnek is neveznek. Ezen a ponton az anyag tartósan deformálódik, és az erő eltávolításakor nem tér vissza eredeti alakjához. Ezt a jelenséget plasztikus deformációnak nevezik. Például, ha egy tekercsrugót egy bizonyos pontig kinyújtunk, akkor az visszatér eredeti alakjához, de ha a rugalmassági határon túlra nyújtjuk, deformálódik, és nem tér vissza eredeti állapotába.
a rugalmas deformáció az atomok közötti kötéseket az egyensúlyi elválasztási sugáruktól távol tartja, anélkül, hogy elegendő energiát alkalmazna az atomok közötti kötések megszakításához. A plasztikus deformáció viszont megszakítja az atomok közötti kötéseket, ezért magában foglalja az atomok átrendeződését egy szilárd anyagban.
Fieldsedit
az anyagtudomány szóhasználatában a diszlokációk az anyag kristályszerkezetének vonalhibái. A diszlokációt körülvevő kötéseket a hiba már rugalmasan megfeszíti a szabályos kristályrács alkotórészei közötti kötésekhez képest. Ezért ezek a kötések viszonylag alacsonyabb feszültségeknél szakadnak meg, ami képlékeny deformációhoz vezet.
a diszlokáció körüli feszült kötéseket rácsos törzsmezők jellemzik. Például vannak tömörítően feszített kötések közvetlenül az él diszlokációja mellett, és feszesen feszített kötések az él diszlokáció végén túl. Ezek nyomófeszültségi mezőket, illetve húzófeszültségi mezőket képeznek. A törzsmezők bizonyos szempontból analógak az elektromos mezőkkel. Pontosabban, a diszlokációk törzsmezői hasonló vonzási és taszítási törvényeknek engedelmeskednek; a teljes törzs csökkentése érdekében a nyomó törzseket vonzzák a húzó törzsek, és fordítva.
a képlékeny deformáció látható (makroszkopikus) eredményei a mikroszkopikus diszlokációs mozgás eredményei. Például egy acélrúd nyújtását egy szakítóvizsgálóban az atomi skálán történő diszlokációs mozgással lehet elhelyezni.
a diszlokációk növekedése és a munka megkeményedéseszerkesztés
a diszlokációk számának növekedése a munka keményedésének számszerűsítése. A műanyag deformáció az anyagon végzett munka következtében következik be; energiát adnak az anyaghoz. Ezenkívül az energiát szinte mindig elég gyorsan és elég nagy mennyiségben alkalmazzák ahhoz, hogy ne csak a meglévő diszlokációkat mozgassa, hanem nagyszámú új diszlokációt is előállítson az anyag elég megfelelő megmunkálásával vagy megmunkálásával. Új diszlokációk keletkeznek egy őszinte olvasási forrás közelében.
hidegen megmunkált anyag Folyáshatárát növeljük. Rácsos törzsmezők segítségével kimutatható, hogy a diszlokációkkal töltött környezet akadályozza bármelyik elmozdulás mozgását. Mivel a diszlokáció mozgása akadályozott, a plasztikus deformáció normál feszültségeknél nem fordulhat elő. A nem hidegen megmunkált anyag folyáshatárán túlmutató feszültségek alkalmazása esetén a hidegen megmunkált anyag továbbra is deformálódik az egyetlen rendelkezésre álló mechanizmus alkalmazásával: rugalmas deformáció, az elektromos kötések nyújtásának vagy összenyomásának rendszeres sémája (diszlokációs mozgás nélkül) továbbra is fennáll, és a rugalmassági modulus változatlan. Végül a stressz elég nagy ahhoz, hogy legyőzze a törzs-mező kölcsönhatásokat és a plasztikus deformáció folytatódik.
a munkával edzett anyag alakíthatósága azonban csökken. A hajlékonyság az, hogy egy anyag milyen mértékben képes képlékeny alakváltozáson átesni, vagyis az, hogy egy anyag milyen mértékben deformálódhat plasztikusan a törés előtt. A hidegen megmunkált anyag valójában egy normál (törékeny) anyag, amelyet a megengedett képlékeny alakváltozás egy részén már meghosszabbítottak. Ha a diszlokációs mozgást és a plasztikus deformációt eléggé akadályozta a diszlokáció felhalmozódása, és az elektronikus kötések nyújtása és a rugalmas deformáció elérte a határát, akkor a deformáció harmadik módja következik be: törés.
a keményítés mértékének Számszerűsítéseszerkesztés
az erősség, \ {\displaystyle \ tau }
, a diszlokáció mértéke függ a nyírási modulustól, G-től, a Burger-vektor nagyságától, b-től és a diszlokáció sűrűségétől, 6 {\displaystyle \Rho _{\perp }}
: 0 + G + B + 1 / 2 {\displaystyle \tau = \tau _{0}+g\Alpha B\Rho _{\perp }^{1/2}\ }
ahol 0 {\displaystyle \ tau _{0}}
az alacsony diszlokációs sűrűségű anyag belső szilárdsága, és a {\displaystyle \alpha}
az anyagra jellemző korrekciós tényező.
amint azt az 1. ábra és a fenti egyenlet mutatja, a munka megkeményedése fél gyökérfüggőséggel rendelkezik a diszlokációk számától. Az anyag nagy szilárdságot mutat, ha vagy magas a diszlokáció (nagyobb, mint 1014 diszlokáció / m2), vagy nincs diszlokáció. Mérsékelt számú diszlokáció (107 és 109 diszlokáció / m2 között) általában alacsony szilárdságot eredményez.
ExampleEdit
egy szélsőséges példa esetében egy szakítópróba során egy acélrudat feszítenek közvetlenül a törés hossza előtt. A terhelés zökkenőmentesen szabadul fel, az anyag pedig hosszának csökkentésével enyhíti a törzs egy részét. A hosszcsökkenést rugalmas visszanyerésnek nevezzük, a végeredmény pedig egy megmunkált acélrúd. A visszanyert hosszúság hányada (visszanyert hosszúság/eredeti hosszúság) megegyezik a hozam-feszültséggel osztva a rugalmassági modulussal. (Itt a valódi stresszt tárgyaljuk annak érdekében, hogy figyelembe vegyük az átmérő drasztikus csökkenését ebben a szakítóvizsgálatban.) A terhelés eltávolítása után az anyagból közvetlenül a törés előtt visszanyert hosszúság megegyezik a terhelés eltávolítása után visszanyert hosszúsággal, közvetlenül a képlékeny deformációba való belépés előtt.
a munkával edzett acélrúdnak elég nagy számú diszlokációja van ahhoz, hogy a feszültségtér kölcsönhatása megakadályozza az összes képlékeny alakváltozást. A későbbi deformációhoz olyan feszültségre van szükség, amely lineárisan változik a megfigyelt törzstől, a stressz vs.törzs grafikonjának meredeksége a rugalmassági modulus, mint általában.
a munkával edzett acélrúd törése, ha az alkalmazott feszültség meghaladja a szokásos törési feszültséget, a törzs pedig meghaladja a szokásos törési törzset. Ez tekinthető a rugalmassági határnak, és a hozamfeszültség most megegyezik a törésállósággal, ami sokkal magasabb, mint a nem megmunkált edzett acél hozamfeszültsége.
a lehetséges képlékeny alakváltozás mennyisége nulla, ami kisebb, mint a nem megmunkált edzett anyag esetében lehetséges képlékeny alakváltozás mennyisége. Így csökken a hidegen megmunkált rúd alakíthatósága.
jelentős és hosszan tartó kavitáció is termel törzs keményedés.