Language
Country/Area
No result found
Bí mật của quá trình tôi luyện: Thợ rèn tạo ra sức mạnh từ kim loại nóng như thế nào?
Trong thế giới gia công kim loại, độ bền là một trong những đặc tính được coi trọng nhất bên cạnh vẻ ngoài và công nghệ gia công. Khi công nghệ tiến bộ, các kỹ sư đã khám phá ra cách thay đổi giới hạn chảy, độ dẻo và độ bền của vật liệu. Một trong những kỹ thuật đó là " tôi luyện ", không chỉ đóng vai trò quan trọng trong hoạt động rèn thời cổ đại mà còn đóng vai trò không thể thiếu trong các ứng dụng kỹ thuật hiện đại.
Quá trình làm cứng liên quan đến việc tạo ra một số lượng lớn các vị trí sai lệch khi kim loại chịu ứng suất, từ đó làm tăng độ bền của vật liệu.
Cốt lõi của quá trình làm việc bền bỉ nằm ở sự tạo ra và di chuyển của sự dịch chuyển. Sự sai lệch là một khiếm khuyết mạng mà sự chuyển động và phát triển của nó có thể gây ra biến dạng dẻo của vật liệu. Do đó, bất kỳ phương tiện nào cản trở sự chuyển động của sự sai lệch đều có thể được sử dụng để tăng cường độ bền của vật liệu. Ví dụ, khi thợ rèn sử dụng công cụ của họ để đập kim loại nóng, họ sẽ làm tăng đáng kể độ bền của vật liệu bằng cách liên tục tăng mật độ sai lệch. Trong quá trình này, lực tác dụng không cần quá lớn nhưng phải đủ để thúc đẩy sự tạo thành và tương tác của các sai lệch.
Cơ chế tăng cường trong kim loại
Thông thường có năm cơ chế chính để gia cố vật liệu kim loại. Mỗi phương pháp cản trở sự dịch chuyển của các vị trí sai lệch theo những cách khác nhau và các cơ chế này cũng có thể ảnh hưởng lẫn nhau.
Làm việc chăm chỉ
Sự làm cứng xảy ra thông qua việc áp dụng các lực bên ngoài, gây ra các tương tác sai lệch và làm cho vật liệu khó biến dạng hơn. Ví dụ, khi một kim loại bị nén hoặc kéo căng, các điểm sai lệch có thể bị vướng vào nhau vì chúng đẩy hoặc thu hút lẫn nhau, và tương tác này không chỉ làm tăng mật độ điểm sai lệch mà còn khiến chúng khó di chuyển hơn.
Có mối tương quan tích cực giữa mật độ sai lệch và cường độ cắt của vật liệu, điều này có nghĩa là khi số lượng sai lệch tăng lên, cường độ cắt cũng tăng theo.
Tăng cường dung dịch rắn
Một cơ chế khác là gia cố bằng dung dịch rắn, đây là quá trình thêm các nguyên tố khác để tạo ra các khuyết tật cấu trúc khác nhau, do đó tăng cường độ bền của vật liệu. Các nguyên tử chất tan gây ra sự biến dạng mạng tinh thể và tăng ứng suất cắt trong quá trình chuyển động sai lệch.
Sự đông cứng của mưa
Khi thành phần hợp kim cao hơn một nồng độ nhất định, nó sẽ thúc đẩy sự hình thành pha thứ hai. Loại kết tủa này hoạt động như một vật cản trong quá trình làm cứng, ảnh hưởng đến đường di chuyển của các vị trí sai lệch và tăng cường độ của vật liệu một lần nữa .
Tăng cường ranh giới hạt
Trong kim loại đa tinh thể, kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý. Các ranh giới hạt cản trở sự trượt của các vị trí sai lệch. Các cấu trúc hạt nhỏ hơn thường làm tăng độ bền của vật liệu, nhưng các hạt quá nhỏ có thể làm giảm hiệu suất.
Làm cứng chuyển đổi pha
Công nghệ làm cứng này chủ yếu được sử dụng cho thép, bao gồm các phương pháp gia cường dung dịch rắn, tinh chế hạt và làm cứng chuyển pha, có thể tối đa hóa độ bền và khả năng gia công của thép trong các quá trình gia nhiệt và làm nguội khác nhau.
Cơ chế tăng cường vật liệu vô định hình
Mặc dù các cơ chế trên chủ yếu dành riêng cho kim loại, nhưng trong các vật liệu vô định hình như polyme, quá trình gia cường dựa trên các cơ chế khác nhau. Độ bền của những vật liệu này phụ thuộc nhiều vào cấu trúc hóa học và thành phần của chúng. Độ cứng và độ bền của polyme cũng có thể được cải thiện thông qua liên kết ngang, bổ sung chất độn và các phương pháp khác.
Ví dụ, cầu nối disulfide và các liên kết cộng hóa trị khác trong nhựa nhiệt rắn cho phép chúng chịu được nhiệt độ cao hơn và tăng độ bền của vật liệu.
Tại sao sức mạnh không thể tăng vô hạn
Mặc dù có nhiều cách để tăng độ bền của vật liệu, nhưng trên thực tế, độ bền của vật liệu không thể tăng vô hạn vì các tính chất khác có thể bị ảnh hưởng trong quá trình tăng độ bền. Ví dụ, khi mật độ sai lệch tăng lên, độ dẻo của vật liệu có thể giảm, khiến việc xác định các đặc tính cho một số ứng dụng nhất định trở nên khó khăn hơn.
Làm cứng thép từng là một kỹ thuật quan trọng vào thời thợ rèn và vẫn là yếu tố chính trong quá trình chế biến thép ngày nay. Khả năng này biến đổi các công nghệ cũ thành công cụ thiết thực cho kỹ thuật hiện đại, giúp chúng ta có nhiều tự do hơn trong việc tạo ra các vật liệu và công nghệ mới. Vậy, làm thế nào chúng ta có thể cân bằng sự đánh đổi giữa độ bền và các tính chất vật lý khác trong công nghệ gia công kim loại trong tương lai?
