înainte de întărirea muncii, rețeaua materialului prezintă un model regulat, aproape fără defecte (aproape fără dislocări). Zăbrele fără defecte pot fi create sau restaurate în orice moment prin recoacere. Pe măsură ce materialul este întărit, devine din ce în ce mai saturat cu noi dislocări și mai multe dislocări sunt împiedicate să se nucleeze (se dezvoltă o rezistență la formarea dislocării). Această rezistență la formarea dislocării se manifestă ca o rezistență la deformarea plastică; prin urmare, întărirea observată.
în cristalele metalice, acesta este un proces reversibil și se realizează de obicei la scară microscopică prin defecte numite dislocări, care sunt create de fluctuațiile câmpurilor de stres locale din material, culminând cu o rearanjare a rețelei pe măsură ce dislocările se propagă prin rețea. La temperaturi normale dislocările nu sunt anihilate prin recoacere. În schimb, dislocările se acumulează, interacționează între ele și servesc ca puncte de fixare sau obstacole care împiedică în mod semnificativ mișcarea lor. Aceasta duce la o creștere a rezistenței la curgere a materialului și la o scădere ulterioară a ductilității.
o astfel de deformare crește concentrația de dislocări care pot forma ulterior limite de cereale cu unghi mic în jurul sub-boabelor. Lucrul la rece are ca rezultat, în general, o rezistență mai mare la randament, ca urmare a numărului crescut de dislocări și a efectului Hall–Petch al sub-boabelor și a scăderii ductilității. Efectele lucrului la rece pot fi inversate prin recoacerea materialului la temperaturi ridicate, unde recuperarea și recristalizarea reduc densitatea dislocării.
hardenabilitatea muncii unui material poate fi prezisă prin analizarea unei curbe stres–tulpină sau studiată în context prin efectuarea testelor de duritate înainte și după un proces.
deformare elastică și plasticăedit
întărirea muncii este o consecință a deformării plastice, o schimbare permanentă a formei. Aceasta este distinctă de deformarea elastică, care este reversibilă. Majoritatea materialelor nu prezintă doar unul sau altul, ci mai degrabă o combinație a celor două. Următoarea discuție se aplică în principal metalelor, în special oțelurilor, care sunt bine studiate. Întărirea muncii are loc mai ales pentru materialele ductile, cum ar fi metalele. Ductilitatea este capacitatea unui material de a suferi deformări plastice înainte de fractură (de exemplu, îndoirea unei tije de oțel până când se rupe în cele din urmă).
testul de tracțiune este utilizat pe scară largă pentru a studia mecanismele de deformare. Acest lucru se datorează faptului că, sub compresie, majoritatea materialelor vor experimenta evenimente banale (nepotrivire de zăbrele) și non-banale (flambaj) înainte de apariția deformării plastice sau a fracturii. Prin urmare, procesele intermediare care apar la Materialul sub compresie uniaxială înainte de incidența deformării plastice fac ca testul de compresiune să fie plin de dificultăți.
un material se deformează în general elastic sub influența forțelor mici; Materialul revine rapid la forma sa originală atunci când forța de deformare este îndepărtată. Acest fenomen se numește deformare elastică. Acest comportament în materiale este descris de legea lui Hooke. Materialele se comportă elastic până când forța de deformare crește dincolo de limita elastică, care este, de asemenea, cunoscută sub numele de stres de randament. În acel moment, materialul este deformat permanent și nu reușește să revină la forma sa inițială atunci când forța este îndepărtată. Acest fenomen se numește deformare plastică. De exemplu, dacă se întinde un arc elicoidal până la un anumit punct, acesta va reveni la forma sa originală, dar odată ce este întins dincolo de limita elastică, va rămâne deformat și nu va reveni la starea inițială.
deformarea elastică întinde legăturile dintre atomi departe de raza lor de echilibru de separare, fără a aplica suficientă energie pentru a rupe legăturile interatomice. Deformarea plastică, pe de altă parte, rupe legăturile inter-Atomice și, prin urmare, implică rearanjarea atomilor într-un material solid.
dislocări și câmpuri de tulpină de rețea
în limbajul științei materialelor, dislocările sunt definite ca defecte de linie în structura cristalină a unui material. Legăturile care înconjoară dislocarea sunt deja tensionate elastic de defect în comparație cu legăturile dintre constituenții rețelei cristaline obișnuite. Prin urmare, aceste legături se rup la solicitări relativ mai mici, ducând la deformarea plastică.
legăturile tensionate din jurul unei dislocări sunt caracterizate de câmpuri de tulpină de zăbrele. De exemplu, există legături tensionate compresiv direct lângă o dislocare a marginii și legături tensionate tensionate dincolo de capătul unei dislocări a marginii. Acestea formează câmpuri de presiune la compresiune și, respectiv, câmpuri de tensiune la tracțiune. Câmpurile de tensiune sunt analoage câmpurilor electrice în anumite moduri. Mai exact, câmpurile de tulpină ale dislocărilor respectă legi similare de atracție și repulsie; pentru a reduce tulpina generală, tulpinile compresive sunt atrase de tulpinile de tracțiune și invers.
rezultatele vizibile (macroscopice) ale deformării plastice sunt rezultatul mișcării microscopice de dislocare. De exemplu, întinderea unei tije de oțel într-un tester de tracțiune este găzduită prin mișcarea de dislocare la scară atomică.
creșterea dislocărilor și întărirea muncii
creșterea numărului de dislocări este o cuantificare a întăririi muncii. Deformarea plastică are loc ca o consecință a lucrărilor efectuate pe un material; se adaugă energie materialului. În plus, energia este aproape întotdeauna aplicată suficient de rapid și în magnitudine suficient de mare pentru a muta nu numai dislocările existente, ci și pentru a produce un număr mare de noi dislocări prin ruperea sau prelucrarea materialului suficient de suficient. Noi dislocări sunt generate în apropierea unei surse citite sincer.
rezistența la curgere este crescută într-un material prelucrat la rece. Folosind câmpuri de tulpină de zăbrele, se poate demonstra că un mediu plin de dislocări va împiedica mișcarea oricărei dislocări. Deoarece mișcarea dislocării este împiedicată, deformarea plastică nu poate apărea la solicitări normale. La aplicarea tensiunilor chiar dincolo de rezistența la curgere a materialului neprelucrat la rece, Un material prelucrat la rece va continua să se deformeze folosind singurul mecanism disponibil: deformarea elastică, schema regulată de întindere sau comprimare a legăturilor electrice (fără mișcare de dislocare) continuă să apară, iar modulul de elasticitate este neschimbat. În cele din urmă stresul este suficient de mare pentru a depăși interacțiunile tulpina-câmp și deformare plastică reia.
cu toate acestea, ductilitatea unui material întărit este scăzută. Ductilitatea este măsura în care un material poate suferi o deformare plastică, adică este cât de departe poate fi deformat plastic un material înainte de fractură. Un material prelucrat la rece este, de fapt, un material normal (fragil) care a fost deja extins printr-o parte din deformarea sa plastică permisă. Dacă mișcarea dislocării și deformarea plastică au fost împiedicate suficient de acumularea dislocării, iar întinderea legăturilor electronice și deformarea elastică au atins limita lor, apare un al treilea mod de deformare: fractură.
cuantificarea intensificarii lucruluiedit
tăria, {\displaystyle \ tau }
, de dislocare este dependentă de modulul de forfecare, G, magnitudinea vectorului burgeri, b, și densitatea dislocare, XV {\displaystyle \Rho _{\perp }}
: 0 + g 0+g 0 + g 1 / 2 {\displaystyle \tau =\tau _{0} + g\Alpha B\Rho _ {\perp }^{1/2}\ }
unde 0 {\displaystyle \ tau _{0}}
este rezistența intrinsecă a materialului cu densitate scăzută de dislocare și {\displaystyle \alpha }
este un factor de corecție specific materialului.
după cum se arată în Figura 1 și în ecuația de mai sus, întărirea muncii are o dependență de jumătate de rădăcină de numărul de dislocări. Materialul prezintă o rezistență ridicată dacă există fie niveluri ridicate de dislocări (mai mari de 1014 dislocări pe m2), fie nu există dislocări. Un număr moderat de dislocări (între 107 și 109 dislocări pe m2) are ca rezultat de obicei o rezistență scăzută.
ExampleEdit
pentru un exemplu extrem, într-un test de tracțiune, o bară de oțel este tensionată chiar înainte de lungimea la care se fracturează de obicei. Sarcina este eliberată fără probleme, iar materialul ameliorează o parte din tulpina sa prin scăderea lungimii. Scăderea lungimii se numește recuperare elastică, iar rezultatul final este o bară de oțel călită. Fracția de lungime recuperată (lungimea recuperată / lungimea inițială) este egală cu tensiunea de randament împărțită la modulul de elasticitate. (Aici discutăm despre stresul adevărat pentru a explica scăderea drastică a diametrului în acest test de tracțiune.) Lungimea recuperată după îndepărtarea unei sarcini dintr-un material chiar înainte de a se rupe este egală cu lungimea recuperată după îndepărtarea unei sarcini chiar înainte de a intra în deformarea plastică.
bara de oțel călit de lucru are un număr suficient de mare de dislocări încât interacțiunea câmpului de tulpină previne orice deformare plastică. Deformarea ulterioară necesită un stres care variază liniar cu tulpina observată, panta graficului stresului vs. tulpina este modulul de elasticitate, ca de obicei.
bara de oțel călit de lucru se fracturează atunci când tensiunea aplicată depășește tensiunea obișnuită de fractură, iar tulpina depășește tulpina obișnuită de fractură. Aceasta poate fi considerată a fi limita elastică, iar tensiunea de randament este acum egală cu rezistența la fractură, care este mult mai mare decât o tensiune de randament din oțel călit care nu funcționează.
cantitatea de deformare plastică posibilă este zero, care este mai mică decât cantitatea de deformare plastică posibilă pentru un material care nu este întărit. Astfel, ductilitatea barei lucrate la rece este redusă.
cavitația substanțială și prelungită poate produce, de asemenea, întărirea tulpinii.