Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Särmädislokaatio 2

Ruuvidislokaatio 3

Dislokaation jännitystila

Dislokaatioiden vuorovaikutus Jännitystila aiheuttaa dislokaatioiden vuorovaikutusta Poistovoima Vetovoima

Vuorovaikutus hilan kanssa Vastaavasti dislokaatiot reagoivat muihin jännityskenttiin hilassa: Seosatomit Erkaumat jne. 6

Diffuusio

Vakanssit Pistemäisiä hilavirheitä Mahdollistavat diffuusion 8

Diffuusio Vakanssit liikkuvat metallihilassa satunnaisesti liike lämpötilan aktivoimaa mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi liikenopeus (ja sitä enemmän vakansseja) Huoneenlämpötilassa diffuusio erittäin hidasta 10

Diffuusio Atomit sekoittuvat metalleissa Koostumuserot tasoittuvat Analoginen lämmönsiirtymisen kanssa 11

Vakanssit ja jännitys Myös vakanssit aiheuttavat ympärilleen jännityskentän => jännitys vaikuttaa vakanssien liikkeeseen Vakanssit (diffuusio) voivat myös välittää atomien järjestäytymistä pienempienergiseen tilaan Korkeassa lämpötilassa kidevirheet korjaantuvat Korkeassa lämpötilassa dislokaatiot korjaantuvat Korkeassa lämpötilassa kiderakenne voi muodostua uudelleen rekristallisaatio Korkeassa lämpötilassa raekoko kasvaa 12

Metalliseokset

Metalliseokset Metallit liuottavat vieraita aineita (tiettyyn rajaan saakka) Korvaus- tai välisija-atomeina Faasit

Välisija-atomit Hakeutuvat hilan koloihin FCC hilassa vähemmän tyhjää tilaa, mutta isommat kolot kuin BCC - Liukoisuus suurempi Venyttävät ja vääristävät hilaa Välisija-atomit pienempiä kuin kantafaasin atomit Esim: - hiili teräksessä - boori teräksessä Liukoisuus tyypillisesti verraten pientä

Korvausatomit Korvaavat kantafaasin atomipaikan hilassa Eri kokoisina vääristävät ja venyttävät hilaa Korvausatomit samaa suuruusluokkaa kuin kantafaasin atomit Hyvin samankokoiset atomit liukenevat toisiinsa hyvin Esim: Cu - Ag

Faasit Liukoisuusalueen ulkopuolella muodostavat oman faasin Aine koostuu eri tavalla kiteytyneistä ja eri koostumuksen omaavista alueista toistensa lomassa

Pallografiittivalurauta

Rauta-hiili

Perliitti 20

Mikrorakenne

Mikrorakenne - yhteenveto Seoksen faasit ja näiden jakaantuminen morfologia kaksifaasirakenne erkaumat sulkeumat raerajafaasit Raerakenne Raekoko Suuntautuneisuus Kideorientaatio tekstuuri Hilavirheet Raerajat Dislokaatiot Vakanssit

Faasit

Faasit sulkeumia 25

Faasit - sulkeumia 26

Raerakenne

Dislokaatiot

Vakanssit 31

Mikrorakenne Dynaamiset ilmiöt Atomisidosten venyminen => Elastinen deformaatio (jännitys) Jännityksen ajama Dislokaatioiden liike => plastinen deformaatio Jännityksen ajama Vakanssien liike =>diffuusio Lämpötilan ajama Rakeenkasvu Minimienergian ajama Diffuusion välittämä Rekristallisaatio Minimienergian ajama Diffuusion välittämä 32

Diffuusion vaikutus dislokaatioihin Korkeissa lämpötiloissa diffuusio voi auttaa dislokaatioiden liikettä dislokaatioiden kiipeäminen esteiden yli 33

Metallit ovat metastabiileja

Lujittamismekanismit

Lujittaminen tapahtuu vaikeuttamalla dislokaatioiden liikettä

Lujittaminen Raekoko Liuoslujittaminen Erkautuslujittaminen Muokkauslujittuminen 37

Raekoon vaikutus Raerajat toimivat tehokkaina esteinä dislokaatioiden liikkeelle Mitä pienempi raekoko (enemmän raerajoja) sitä lujempi materiaali Pieni raekoko myös sitkistää materiaalia

Raekoko - työkalut Raekokoa voidaan pienentää: kylmämuokkauksella - Valssaus tai taonta venyttää ja pienentää rakeita haluttuun suuntaan Lämpökäsittelyllä - Aiheuttamalla lämpötilaa säätelemällä kontrolloitu rekristallisaatio tai faasimuutoksia, voidaan pienentää raekokoa Seostuksella - Erkaumat estävät raekoon kasvua korkeissa lämpötiloissa 39

Esimerkiksi ohutlevyn kylmävalssaus Metallilevy pakotetaan matalassa lämpötilassa esimerkiksi rullien välistä, jolloin se kokee voimakkaan deformaation. nousee voimakkaasti 2. Raerakenne (pienenee ja suuntautuu) muokkauksen mukaiseksi 3. Lujuus nousee muokkausasteen mukaan 1.2.2018 40

Raekokoon hallinta: Kuumavalssaus Levy pakotetaan korkeassa lämpötilassa esimerkiksi rullien väliin. 1. Metalli deformoituu voimakkaasti, mutta korkean lämpötilan seurauksena välittömästi. 2. Seurauksena, lujuuden kasvu sekä sitkeyden nousu 1.2.2018 41

1.2.2018 42

1.2.2018 43

1.2.2018 44

Esim. normalisointi

Liuoslujittaminen Liuosatomit vääristävät hilaa Vääristyneessä hilassa dislokaatioiden on vaikeampi liikkua 46

Liuoslujittaminen Liuoslujittaminen toteutetaan Seostamalla välisija-atomeja Seostamalla korvausatomeja Esim: Rauta-hiili - hiili välisija-atomina - pienet pitoisuudet nostavat lujuutta voimakkaasti Kulta-hopea-kupari 47

Kuparin ja sinkin tasapainopiirros 1.2.2018 48

Erkautuslujittaminen Erkaumat estävät tehokkaasti dislokaatioiden liikettä Kuten raerajat Jännitys erkaumien ympärillä 49

Erkaustuslujittaminen - työkalut Seostus + lämpökäsittely Seostuksella erkaumia muodostavia seosaineita Lämpökäsittelyllä saavutetaan erkaumarakenne, joka lisää lujuutta - paljon pieniä erkaumia - koherentteja erkaumia Erkautuskarkaisu 50

Muokkauslujittuminen Muokkaus generoi dislokaatioita Dislokaatiotiheys kasvaa Dislokaatiot takertuvat toisiinsa ja vaikeuttavat toistensa liikettä

Muokkauslujittaminen Valssatuissa levyissä Vedetyissä langoissa Taotuissa tuotteissa 53

Muokkauslujittuminen 54

Lämpökäsittely

Lämpökäsittely Metallit ovat metastabiileja Lämpötilan nosto siirtää rakennetta kohti tasapainotilaa Dislokaatiotiheys pienenee Rakeet kasvavat Liukoisuus kasvaa Kontrolloidulla jäähdytyksellä saadaan tila kauemmas tasapainotilasta 56

Lämpökäsittely - työkalut Diffuusionopeus kasvaa lämpötilan noustessa Eri faasit ovat stabiileja eri lämpötiloissa Lämpötilaa kontrolloidusti nostamalla ja laskemalla voidaan muuttaa mikrorakennetta ja siten mekaanisia ominaisuuksia 57

Pehmeäksi hehkutus Korkeassa lämpötilassa muokkauslujittumisen vaikutukset häipyvät Dislokaatiotiheys pienenee Materiaali pehmenee Sitkeys kasvaa

Normalisointi Teräksellä raekoon pienentämiseksi 59

Normalisointi 60

Erkautuskarkaisu Korkeassa lämpötilassa seosaineet liuotetaan Nopealla jäähdytyksellä seosaineet jäävät liuokseen Kontrolloitu hehkutus erkauttaa paljon pieniä erkaumia