01. 固溶強化
意味
固溶強化とは、合金元素が母材金属に溶解して格子歪みを引き起こし、合金の強度を高める現象です。
原理
固溶体に溶け込む溶質原子は格子の歪みを生み出し、転位の動きに対する抵抗を増大させ、滑りをより困難にします。その結果、合金固溶体の強度と硬度が増加します。この強化メカニズムは、溶質原子が溶解して固溶体を形成することに依存しています。適切な溶質濃度では、材料の強度と硬度は向上しますが、靱性と延性は低下する可能性があります。
影響を与える要因
溶質原子の原子分率が高くなるほど、特に低濃度での強化効果が強くなります。
溶質原子と卑金属原子の間のサイズ差が大きいほど、強化はより顕著になります。
格子間溶質原子は置換型原子よりも強い強化効果があります。体心立方晶-では、格子間原子が非対称な格子歪みを引き起こし、その結果、面心立方晶-よりも強度が高くなります。ただし、格子間原子の溶解度には限界があります。
溶質原子と塩基原子の価電子数の差が大きいほど、強化効果は強くなります。降伏強度は電子濃度とともに増加します。
強化の度合いは以下の通り:
溶質原子と塩基原子のサイズ差: サイズの不一致が大きいほど、転位抵抗が増加します。
合金元素の量: 合金化=が多ければ多いほど効果は強くなりますが、過剰な量は溶解限度を超える可能性があり、第二相強化などの他の強化方法が必要になります。
格子間原子は置換原子よりも強度を高めます。
溶質とマトリックス金属の間の価電子の違いにより、強度が向上します。
効果
降伏強度、引張強度、硬度は純金属を上回ります。
一般に、純粋な金属と比較して延性が低くなります。
純粋な金属よりも電気伝導率が低い。
耐クリープ性と高温強度が向上しました。-
02. 加工硬化（ひずみ硬化）
意味
冷間変形が増加すると、金属の強度と硬度は上昇しますが、可塑性と靭性は低下します。
概要
金属が再結晶温度以下で塑性変形すると、金属はより強く硬くなりますが、延性や靭性は低下します。冷間加工硬化とも呼ばれます。塑性変形中、転位が絡み合い、粒子が伸び、破壊され、繊維状になります。残留応力が導入されます。硬化の程度は通常、変形前後の表面微小硬度の比と硬化層の深さによって測定されます。
転位理論の説明
転位が交差して段差のような動きを妨げる障害物を形成します。{0}
転位は反応して、動きを妨げる不動転位を形成します。
転位の増殖により密度が増加し、動きがさらに妨げられます。
短所
加工硬化によりさらなる加工が複雑になります。たとえば、冷間圧延鋼-はますます硬くなり、加工できなくなるため、柔らかくするには中間焼きなましが必要になります。機械加工では、表面硬化により切削抵抗が増加し、工具の摩耗が増加します。
利点
金属の強度、硬度、耐摩耗性を向上させます。特に熱処理では強化できない純金属や合金 (例: 冷間引抜高強度ワイヤ、冷間圧延ばね、タンク トラック、クラッシャー ジョー、鉄道開閉器など)--)。
機械工学における応用
冷間引抜、圧延、ショットピーニングにより、材料や部品の表面強度が大幅に向上します。
応力下での局所的な塑性変形は加工硬化により制限され、部品の安全性が向上します。
スタンピングでは、硬化した領域がより柔らかい領域に変形を誘導し、断面全体で均一な変形が可能になります。
切りくずを分離しやすくすることで、低炭素鋼の被削性を高めます。-ただし、その後の加工でのエネルギー消費と機械加工での工具の摩耗が増加します。
03. 結晶粒微細化強化
意味
結晶粒微細化強化により、結晶粒サイズが小さくなり、機械的特性が向上します。
原理
金属は多結晶です。粒子が小さいほど（つまり、単位体積あたりの粒子が多いほど）、強度、硬度、可塑性、靭性が高くなります。粒子が微細になると、変形がより均一に分散され、応力集中が軽減され、亀裂の伝播が妨げられます。したがって、結晶粒を微細化することで強度が向上します。
効果
粒子が微細になると転位の蓄積応力が軽減され、強度が向上します。{0}}
Hall-Petch の関係によれば、粒子サイズ ddd が小さいほど降伏強度が高くなります。
穀物を精製する方法
過冷却を増やします。
予防接種治療。
凝固中の振動と撹拌。
冷間変形金属の場合:-変形度と焼きなまし温度を制御します。
04.第二期強化
意味
多相合金では、母相の他に第 2 相が存在します。細かく分散した第二相粒子-がマトリックス内に均一に分布すると、合金が大幅に強化されます。これは第 2 段階の強化として知られています。-
種類
転位の動きの観点から、第 2 相粒子は次のように分類されます。-
-非変形粒子: バイパス機構 (オロワン機構) による強化。
変形可能な粒子: 切断メカニズムによる強化。
分散質強化と析出硬化は、第 2 相強化の具体的な形式です。{0}}
効果
第 2 相の粒子は転位と相互作用して転位の動きを妨げ、合金の変形に対する抵抗力を高めます。
強度に影響を与えるその他の要素
合金の組成、微細構造、および表面状態。
荷重条件: 速度、モード (引張対周期)。
サンプルの形状と試験環境 (たとえば、水素脆化により強度が大幅に低下する可能性があります)。
アプローチの強化の概要
金属を強化するには 2 つの主な方法があります。
原子の結合力を高め、欠陥のない結晶（ウィスカーなど）を作成します。{0}
欠陥 (転位、溶質原子、粒界など) を導入して転位の移動を妨げる - が最も効果的な方法であることが証明されています。
エンジニアリング材料は通常、最適な性能を達成するために強化メカニズムの組み合わせに依存します。
