Límite elástico de los materiales metálicos y sus factores que influyen

El límite elástico se refiere al material que comienza a producir una deformación macroplástica cuando se somete a tensión. Para el fenómeno de fluencia del material es obvio, el límite elástico en el límite elástico de la tensión es el valor elástico; Para el fenómeno de fluencia no es un material obvio, generalmente será la curva tensión-deformación para prever la ocurrencia de una cierta cantidad de deformación residual como estándar, como generalmente 0.2% de deformación residual del tensión como límite elástico, el símbolo de σ0.2 o σys.
El límite elástico se utiliza generalmente como índice de evaluación de las propiedades mecánicas de los materiales sólidos y es el límite de uso real del material.
Factores intrínsecos que afectan el límite elástico
Los factores intrínsecos que afectan el límite elástico son:
1. Naturaleza del metal y tipo de red: el límite elástico de un monocristal metálico puro está determinado por la resistencia al movimiento de dislocación. Estas resistencias se diferencian entre resistencia reticular y resistencia resultante de interacciones entre dislocaciones. Las fuerzas de la red están relacionadas con los anchos de dislocación y los vectores de Bergner, los cuales a su vez están relacionados con la estructura cristalina. La resistencia generada por la interacción entre dislocaciones incluye la resistencia generada por la interacción entre dislocaciones paralelas y la resistencia generada por la interacción entre dislocaciones en movimiento y dislocaciones forestales. Se expresa mediante la fórmula: T= Gb/L, donde es el factor de escala, y debido a que la densidad ρ es proporcional a 1/L2, por lo tanto, T= Gbρ1/2, lo que demuestra que un aumento en la densidad aumenta el límite elástico.
2. Tamaño de grano y subestructura: el efecto del tamaño de grano es un reflejo del efecto de los límites de grano; la reducción del tamaño de grano aumentará el número de barreras de movimiento de dislocación y reducirá la longitud del grupo de obstrucción de dislocación dentro del grano, lo que resultará en un aumento en el límite elástico. Muchos metales y aleaciones del límite elástico y el tamaño de grano de la relación son consistentes con la fórmula de Holpegger σs=σj + kyd-1/2, en la que σj es la dislocación en el metal base en el movimiento de la resistencia total, también conocida como resistencia de fricción, que está determinada por la estructura cristalina y la densidad de las dislocaciones; ky es una medida de los límites de grano en el fortalecimiento de la contribución al tamaño de la constante de fijación, o que el extremo de la banda de deslizamiento del coeficiente de concentración de tensión; d para el tamaño medio de los granos. Los límites subgranulares actúan de manera similar a los límites de los granos y también impiden el movimiento de las dislocaciones.
3. Elementos de soluto: el metal puro en los átomos de soluto para formar una aleación de solución sólida de tipo intersticial o de reemplazo aumentará significativamente el límite elástico, este es el fortalecimiento de la solución sólida. Esto se debe principalmente a que los átomos de soluto y los átomos de disolvente de diferentes diámetros, en el soluto alrededor de la formación del campo de tensión de distorsión de la red, el campo de tensión produce interacción, de modo que el movimiento de dislocación se bloquea, aumentando así el límite elástico.

4. Segunda fase: ingeniería de materiales metálicos cuya microestructura es generalmente multifásica. El efecto de la segunda fase sobre el límite elástico está fuertemente relacionado con si los propios plasmas pueden deformarse durante la deformación elástica del material metálico. En consecuencia, los plasmas de segunda fase se pueden dividir en dos categorías: indeformables y deformables.
Según la teoría de la dislocación, la línea de dislocación sólo puede pasar por alto los plasmas indeformables de la segunda fase y, por esta razón, se debe superar la tensión de la línea de la dislocación de flexión. El límite elástico y la tensión reológica de materiales metálicos con plasmas de segunda fase no deformables están determinados por la separación entre los plasmas de segunda fase. En el caso de plasmas de segunda fase deformables, las dislocaciones se pueden cortar y deformar junto con la matriz, aumentando así también el límite elástico.
El efecto fortalecedor de la segunda fase también está relacionado con su tamaño, forma, número y distribución, así como con la resistencia, plasticidad y las correspondientes propiedades de endurecimiento de la segunda fase y la matriz, el ajuste cristalográfico entre las dos fases y la energía interfacial. . Para la misma proporción de volumen de la segunda fase, los plasmas alargados influyen significativamente en el movimiento de dislocación, de modo que el límite elástico de un material metálico con tal organización es mayor que el de uno esférico.
En resumen, caracterizar la resistencia a la deformación plástica de la traza metálica del límite elástico es una composición, la organización es extremadamente sensible a las propiedades mecánicas del índice, afectada por muchos factores intrínsecos, cambiar la composición de la aleación o el proceso de tratamiento térmico puede hacer que el límite elástico se produzca. cambios significativos.
Influencia en el límite elástico de los factores extrínsecos.
1. temperatura: la temperatura general del límite elástico del material metálico disminuye; sin embargo, la estructura cristalina del material metálico es diferente y la tendencia de cambio no es la misma.
2. tasa de deformación: al estirar, la tasa de carga aumenta, la tasa de deformación aumenta y la resistencia del material metálico aumentará. Esto se debe principalmente a que cualquier tipo de metal tiene su propia velocidad de propagación de la deformación plástica; si la velocidad de carga es mayor que su propia velocidad de propagación plástica, inevitablemente conducirá a un aumento en el límite elástico. Esto se debe a que si la velocidad de carga es demasiado rápida, la rotación del plano cristalográfico en la dirección de la fuerza externa es insuficiente y se impide el deslizamiento en el crecimiento y expansión de la muestra, lo que se manifiesta macroscópicamente en forma de un aumento. en la resistencia a la deformación plástica iniciadora. Esto es, con la generación de endurecimiento por deformación, la eliminación espontánea del endurecimiento de la respuesta no se puede llevar a cabo, y el endurecimiento por deformación impedirá el desarrollo continuo de la deformación, por lo que para lograr la deformación residual deseada, es necesario continuar aumentar la fuerza externa, que también se manifiesta como un aumento de la resistencia a la deformación plástica inicial.

3. Estado de tensión: el estado de tensión en el límite elástico de los materiales metálicos también es muy importante. Cuanto mayor sea el componente del esfuerzo cortante, más propicio para la deformación plástica del material, menor será el límite elástico, por lo que la torsión que el límite elástico de la tracción es bajo, la tracción que el límite elástico de la flexión es bajo, el mismo estado de tensión del material. El límite elástico es diferente, no es un cambio en la naturaleza del material, sino el material en diferentes condiciones de desempeño del comportamiento mecánico de los diferentes únicamente. Generalmente decimos que el límite elástico del material generalmente se refiere al límite elástico en el estiramiento unidireccional.
Cómo mejorar el límite elástico
1. Modificación de aleación
La modificación por aleación es un método común para mejorar el límite elástico de los metales. Mediante la adición de elementos en el metal, la formación de una solución sólida, una fase de endurecimiento por precipitación o una solución sólida intersticial, etc., para mejorar la microestructura del metal, mejorando así la resistencia del metal. Por ejemplo, la adición de elementos de tierras raras a las aleaciones de aluminio puede aumentar significativamente su límite elástico.
2. Tratamiento térmico
El tratamiento térmico incluye métodos de recocido, templado y revenido. Al controlar la temperatura, el tiempo y la velocidad de enfriamiento del tratamiento térmico, se refina el tamaño del grano del metal, se purifica el límite del grano y se aumenta la densidad de dislocación, para mejorar el límite elástico del metal. Por ejemplo, el enfriamiento puede aumentar significativamente el límite elástico y la dureza del acero.
3. Endurecimiento por trabajo en frío
El endurecimiento por trabajo en frío se refiere al aumento de la densidad de dislocaciones mediante la deformación del metal por trabajo en frío y la mejora de la resistencia y dureza del metal al obstaculizar el movimiento de las dislocaciones. Por lo general, utilice compresión, estiramiento, flexión y otros métodos de trabajo en frío. Por ejemplo, el cobre puede aumentar significativamente su límite elástico después de una deformación por tracción.
4. Ingeniería de límites de grano
La ingeniería de límites de grano es un método para mejorar el límite elástico de los metales mediante la utilización del efecto de los límites de grano en las propiedades del material. Controlando la interacción de los límites de los granos del metal y el efecto obstaculizador de las dislocaciones, se puede mejorar significativamente el límite elástico de los metales. Por ejemplo, el límite elástico del cobre se puede mejorar significativamente ajustando el ángulo del límite de grano y la morfología del límite de grano.
5. Tratamiento superficial
El tratamiento de superficies es un método para mejorar el límite elástico del metal mediante la modificación de la superficie. Por ejemplo, el uso de tecnología de revestimiento de cobre químico puede hacer que la superficie del acero forme una capa de revestimiento de cobre uniforme, de modo que la superficie del acero forme una nueva estructura y organización, mejorando así su límite elástico.
En resumen, existen varios métodos para mejorar el límite elástico de los materiales metálicos, incluida la modificación de aleaciones, el tratamiento térmico, el endurecimiento por trabajo en frío, la ingeniería de límites de grano y el tratamiento de superficies. En la aplicación práctica, es necesario elegir métodos apropiados de mejora según los diferentes tipos de materiales y entornos de uso.