Зміцнення матеріалів

Термічне зміцнення — зміцнення, яке досягається одним з технологічних методів термічного оброблення[1].

До основних способів термічного зміцнення належать гартування у поєднанні з відповідним відпуском металів та ізотермічна обробка.

При термообробленні метал може зміцнюватись внаслідок дисперсійного зміцнення, перекристалізації або мартенситних перетворень.

Дисперсійне зміцнення — зміцнення сплаву під час його затвердіння за рахунок утворення дисперсних часток другої фази або кластерів з атомів легувального елемента і вуглецю[1]

Перекристалізація — це зміна сплаву, викликана зміною типу кристалічної ґратки. Зміцнення досягається за рахунок зменшення розмірів зерен або їх властивостей (наприклад, при виникненні зерен квазікристалічної фази) в процесі зміни типу кристалічної ґратки.

Мартенситне перетворення — перетворення в кристалічному твердому тілі при низькій температурі, внаслідок яких з його вихідної фази утворюється мартенситна фаза з новою кристалічною гаткою. Перебудова кристалічної ґратки в мікроскопічних зонах зазвичай зводиться до деформації її комірки, і кінцева фаза мартенситного перетворення може розглядатись як однорідно здеформована вихідна фаза. Зумовлюються упорядкованим переміщенням атомів (або молекул) від вихідної фази до зародка мартенситу. Спостерігаються в сталях (напр., високоміцних), в чистих металах, металевих сплавах (мідь-алюміній, мідь-кремній тощо) і мінералах. Найповніше вивчені в сталях, яким при гартуванні надають високої міцності і твердості.

Деформаційне зміцнення — зміцнення шляхом пластичного деформування в умовах часткового або повного стримування рекристалізації[1].

Механічні способи зміцнення ґрунтуються на використанні наклепу, що здійснюється накаткою, гідроабразивною чи дробоструминною обробкою, обкаткою кульками чи роликами, алмазним вигладжуванням, дорнуванням тощо, які реалізують поверхневе пластичне деформування.

Використання деформаційного зміцнення — простий та ефективний спосіб підвищення тримальної здатності і довговічності деталей машин та елементів споруд, особливо тих, що працюють в умовах знакозмінних навантажень (осі, вали, зубчасті колеса, підшипники, поршні, циліндри двигунів, зварні конструкції, інструменти тощо). Часто поверхневе пластичне деформування крім зміцнення, значно зменшує шорсткість поверхні, підвищує зносостійкість деталей, покращує естетичний вигляд (зміцнювально-оздолювальна обробка).

В процесі хіміко-термічного зміцнення (наприклад, цементація, азотування, ціанування, дифузійна металізація тощо) метал насичують елементами, реакція з якими поліпшує механічні властивості поверхневого шару.

Зміцнення забезпечується також застосуванням електрофізичних та електрохімічних методів обробки (ультразвукової, електроерозійної, магнітоімпульсної, електрогідравлічної, електроннопроменевої, фотоннопроменевої, анодно-хімічної, електроіскровох), а також впливом вибухової хвилі, лазерного опромінення тощо.

До комбінованих способів зміцнення належать термомеханічна обробка, термо-хіміко-механічна обробка, електроерозійна обробка та ін. Об'ємна і поверхнева обробка можуть вестись послідовно декількома методами.