Bir malzeme aktıktan sonra, deformasyonun artmasıyla birlikte mukavemet ve sertliğinin arttığı, plastisite ve tokluğunun azaldığı olaya gerinim sertleşmesi veya iş pekleşmesi adı verilir.
02
Mekanizma
Plastik deformasyon ilerledikçe dislokasyon yoğunluğu da sürekli artar. Bu nedenle, hareket sırasında çıkıkların kesişmesi yoğunlaşır ve bu durum sabit bölünmelere, çıkık dolaşmalarına ve diğer engellere neden olur. Bu, dislokasyon hareketine karşı direnci arttırır, deformasyon direncinin artmasına neden olur ve daha fazla plastik deformasyonu zorlaştırır, böylece metalin mukavemeti artar.
Kural: Deformasyon derecesi arttıkça malzemenin mukavemeti ve sertliği artar, plastisite ve tokluğu azalır. Dislokasyon yoğunluğu sürekli olarak artar. Formül diyagramına göre mukavemet, dislokasyon yoğunluğunun ρ birinci kuvveti ile doğru orantılıdır. Dislokasyonların Burgers vektörü b ne kadar büyük olursa, güçlendirme etkisi o kadar anlamlı olur.
03
Yöntemler
Soğuk presleme, haddeleme, bilyalı dövme vb. gibi soğuk deformasyon.
04
Örnek
Soğuk-çekilmiş çelik tel, mukavemetini birkaç kat artırabilir.
05
Deformasyon Güçlendirmenin Pratik Önemi (Avantajları ve Dezavantajları)
(1) Avantajları:
① Gerinim güçlendirmesi metallerin güçlendirilmesi için etkili bir yöntemdir. Isıl işlemle güçlendirilemeyen malzemeler için gerinim güçlendirmesi mukavemetlerini birkaç kat artırabilir.
② Belirli iş parçalarının veya yarı-mamul ürünlerin şekillendirilmesinde önemli bir faktördür, metalin tekdüze deformasyonunu sağlar ve iş parçalarının veya yarı-soğuk çekilmiş çelik tel ve parçaların damgalanması gibi yarı-mamul ürünlerin şekillendirilmesini mümkün kılar.
③ Gerilim güçlendirme aynı zamanda kullanım sırasında parçaların veya bileşenlerin güvenliğini de artırabilir. Bir parçanın belirli kısımlarında gerilim yoğunlaşması veya aşırı yük oluştuğunda o bölgede plastik deformasyon meydana gelir. İşin sertleşmesi nedeniyle aşırı yüklenen parçanın deformasyonu durur ve böylece güvenlik artar.
(2) Dezavantajları:
① Gerilim güçlendirme aynı zamanda malzeme üretimi ve kullanımına da sorun getirir. Deformasyon mukavemeti arttırır ancak plastisiteyi azaltır, daha fazla deformasyonu zorlaştırır ve daha fazla güç gerektirir.
② Malzemenin deforme olmaya devam etmesi için, malzemenin çatlamadan deforme olmaya devam etmesini sağlamak amacıyla arada yeniden kristalleştirme tavlaması gerekir, bu da üretim maliyetlerini artırır. Resim Resim II. Katı Çözelti Güçlendirme Resim 01 Tanım Katı çözelti güçlendirme, çözünen atom içeriğinin artmasıyla katı bir çözeltinin mukavemeti ve sertliğinin artması, plastisitesinin ve tokluğunun azalması olgusudur. 02 Mekanizma (1) Çözünen atomların çözünmesi, katı çözeltinin kristal kafesini bozar ve kayma yüzeyleri üzerindeki dislokasyonların hareketini engeller. (2) Dislokasyon çizgileri üzerinde ayrılan çözünen atomların oluşturduğu Cotillard atmosferleri dislokasyonları sabitleyerek dislokasyon hareketine karşı direnci arttırır. (3) Çözünen atomların istiflenen fay bölgelerinde ayrılması, uzun süreli dislokasyonların hareketini engeller. Dislokasyon hareketini engelleyen ve dislokasyon hareketine karşı direnci artıran tüm faktörler, mukavemeti artırabilir. 03 Kurallar ① Katı çözeltinin çözünürlük aralığı dahilinde, alaşım elementinin kütle oranı ne kadar büyükse, güçlendirme etkisi de o kadar büyük olur. ② Çözünen atomlar ile çözücü atomları arasındaki boyut farkı ne kadar büyük olursa güçlendirme etkisi de o kadar belirgin olur. ③ Ara katı çözeltiler oluşturan çözünen elementlerin güçlendirme etkisi, ikame katı çözeltiler oluşturan elementlerin kuvvetlendirme etkisinden daha fazladır.
④ Çözünen atomlar ile çözücü atomları arasındaki değerlik elektronlarının sayısındaki fark ne kadar büyük olursa, güçlendirme etkisi de o kadar büyük olur.
04
Yöntem
Alaşımlama, yani alaşım elementlerinin eklenmesi.
05
Örnek
Bakır-nikel alaşımlarının mukavemeti, saf bakır ve nikel metallerininkinden daha fazladır.
Resim Resim
III. Tane İnceltme Güçlendirmesi
Resim 01
Tanım
Bir malzemenin mukavemetinin, sertliğinin, plastisitesinin ve tokluğunun tane boyutunun küçültülmesiyle artması olgusuna tane inceltme mukavemeti denir.
02
Mekanizma
Prensip, tane sınırlarının dislokasyon kayması üzerindeki engelleyici etkisinde yatmaktadır. Çok kristalli malzemeler için dislokasyon hareketi tane sınırlarının direncini aşmalıdır. Bunun nedeni, tane sınırının her iki tarafındaki dislokasyonların yönelimlerinin farklı olmasıdır. Bu nedenle, belirli bir tanede, kaymalı bir dislokasyon, tane sınırını doğrudan bitişik bir taneye doğru geçemez. Ancak tane sınırında stres yoğunlaşmasına neden olan çok sayıda dislokasyon biriktiğinde, bitişik tanelerdeki mevcut dislokasyonların hareketi kayma üretecek şekilde uyarılabilir. Bu nedenle tane boyutu ne kadar ince olursa malzemenin mukavemeti de o kadar yüksek olur.
03
Kural
Daha ince taneler daha büyük tane sınır alanlarına neden olur. Hall-Sayfa formülüne göre, ortalama tane çapı d ne kadar küçük olursa, malzemenin akma dayanımı σs o kadar yüksek olur.
04
Tahıl Rafine Etme Yöntemleri
① Kristalizasyon sırasında taneler, aşırı soğutmanın arttırılması, modifikasyon işlemi, titreşim ve çekirdeklenme oranını arttırmak için karıştırma yoluyla rafine edilebilir.
② Soğuk-deforme edilmiş metaller için, deformasyon derecesi ve tavlama sıcaklığı kontrol edilerek taneler rafine edilebilir.
③ Tahıllar normalleştirme ve tavlama ısıl işlemleriyle rafine edilebilir.
④ Yeni fazlar oluşturmak için çeliğe alaşım elementleri eklenebilir, böylece tane büyümesi engellenebilir.
Resim Resim
IV. İkinci Aşama Güçlendirme
Resim 01
Tanım
Metal matrisinde bir veya daha fazla başka fazın varlığı metalin mukavemetini arttırır. İkinci aşamanın elde edilme sürecine bağlı olarak, ikinci aşama güçlendirme şu şekilde ayrılır: ① Çöktürme güçlendirme: ikinci aşamanın faz dönüşümü ısıl işlemi yoluyla elde edilmesi; ② Dispersiyon güçlendirme: ikinci fazın toz sinterleme veya dahili oksidasyon yoluyla elde edilmesi.
02
Mekanizma
Bir çıkık, hareketi sırasında ikinci bir aşamayla karşılaştığında, ikinci aşamayı atlaması veya kesmesi gerekir. Böylece ikinci faz dislokasyonun hareketini engelleyerek malzemenin mukavemetini arttırır.
03
Örnek
Çelikte sementitin bulunması mukavemetini arttırır.
