Limite d'élasticité des matériaux métalliques et ses facteurs d'influence

La limite d'élasticité fait référence au matériau qui commence à produire une déformation macroplastique lorsque la contrainte. Car le phénomène d'élasticité est un matériau évident, la limite d'élasticité sur la limite d'élasticité de la contrainte - la valeur d'élasticité ; car le phénomène d'élasticité n'est pas un matériau évident, sera généralement la courbe contrainte-déformation afin de prévoir l'apparition d'une certaine quantité de déformation résiduelle en tant que norme, telle que généralement 0,2 % de déformation résiduelle du contrainte comme limite d'élasticité, le symbole de σ0.2 ou σys.
La limite d'élasticité est généralement utilisée comme indice d'évaluation des propriétés mécaniques des matériaux solides et constitue la limite d'utilisation réelle du matériau.
Facteurs intrinsèques affectant la limite d'élasticité
Les facteurs intrinsèques affectant la limite d'élasticité sont :
1. nature du métal et type de réseau - La limite d'élasticité d'un monocristal métallique pur est déterminée par la résistance au mouvement de dislocation. Ces résistances se différencient entre la résistance de réseau et la résistance résultant des interactions entre dislocations. Les forces de réseau sont liées aux largeurs de dislocation et aux vecteurs de Bergner, qui sont tous deux liés à la structure cristalline. La résistance générée par l'interaction inter-dislocations comprend la résistance générée par l'interaction entre dislocations parallèles et la résistance générée par l'interaction entre dislocations mobiles et dislocations forestières. Elle s'exprime par la formule : T= Gb/L, où est le facteur d'échelle, et comme la densité ρ est proportionnelle à 1/L2, donc T= Gbρ1/2, ce qui montre que une augmentation de la densité augmente la limite d'élasticité.
2. Taille des grains et sous-structure - l'effet de la taille des grains reflète l'effet des joints de grains, la réduction de la taille des grains augmentera le nombre de barrières de déplacement des dislocations et réduira la longueur du groupe de colmatage des dislocations dans le grain, ce qui entraînera une augmentation de la limite d'élasticité. La relation entre la limite d'élasticité et la granulométrie de nombreux métaux et alliages est cohérente avec la formule de Holpegger σs=σj + kyd-1/2, dans laquelle σj est la dislocation dans le métal de base lors du mouvement de la résistance totale, également appelée résistance de frottement, qui est déterminée par la structure cristalline et la densité des dislocations ; ky est une mesure des joints de grains sur le renforcement de la contribution à la taille de la constante de rattachement, ou celle de l'extrémité de la bande de glissement du coefficient de concentration des contraintes ; d pour la taille moyenne des grains. Les limites sous-granulaires agissent de la même manière que les joints de grains et entravent également le mouvement des dislocations.
3. éléments de soluté - le métal pur dans les atomes de soluté pour former un alliage de solution solide de type interstitiel ou de remplacement augmentera considérablement la limite d'élasticité, c'est le renforcement de la solution solide. Ceci est principalement dû aux atomes de soluté et aux atomes de solvant de différents diamètres. Dans le soluté autour de la formation du champ de contrainte de distorsion du réseau, le champ de contrainte produit une interaction, de sorte que le mouvement de dislocation est bloqué, augmentant ainsi la limite d'élasticité.

4. deuxième phase - ingénierie des matériaux métalliques dont la microstructure est généralement multiphasée. L'effet de la deuxième phase sur la limite d'élasticité est fortement lié à la capacité ou non des plasmas eux-mêmes à se déformer lors de la déformation d'élasticité du matériau métallique. En conséquence, les plasmas de deuxième phase peuvent être divisés en deux catégories : indéformables et déformables.
Selon la théorie des dislocations, la ligne de dislocation ne peut contourner que les plasmas indéformables de deuxième phase et, pour cette raison, la tension de ligne de la dislocation de flexion doit être surmontée. La limite d'élasticité et la contrainte rhéologique des matériaux métalliques avec des plasmas de seconde phase indéformables sont déterminées par l'espacement entre les plasmas de seconde phase. Dans le cas de plasmas déformables de seconde phase, les dislocations peuvent être découpées et déformées avec la matrice, augmentant ainsi également la limite d'élasticité.
L'effet de renforcement de la deuxième phase est également lié à sa taille, sa forme, son nombre et sa distribution, ainsi qu'à la résistance, à la plasticité et aux propriétés de durcissement correspondantes de la deuxième phase et de la matrice, à l'ajustement cristallographique entre les deux phases et à l'énergie interfaciale. . Pour le même rapport volumique de la deuxième phase, les plasmas allongés influencent de manière significative le mouvement de dislocation, de sorte que la limite d'élasticité d'un matériau métallique présentant une telle organisation est supérieure à celle d'un matériau sphérique.
En résumé, caractériser la résistance à la déformation plastique des traces métalliques de la limite d'élasticité est une composition, l'organisation est extrêmement sensible aux propriétés mécaniques de l'indice, affectée par de nombreux facteurs intrinsèques, changer la composition de l'alliage ou le processus de traitement thermique peut rendre la limite d'élasticité à produire des changements importants.
Influence sur la limite d'élasticité des facteurs extrinsèques
1. température - la température générale de la limite d'élasticité du matériau métallique diminue, cependant, la structure cristalline du matériau métallique est différente, la tendance au changement n'est pas la même.
2. taux de déformation - lors de l'étirement, le taux de chargement augmente, le taux de déformation augmente et la résistance du matériau métallique augmente. En effet, tout type de métal a sa propre vitesse de propagation de la déformation plastique, si la vitesse de chargement est supérieure à sa propre vitesse de propagation plastique, cela entraînera inévitablement une augmentation de la limite d'élasticité. En effet, si le taux de chargement est trop rapide, la rotation du plan cristallographique dans le sens de la force externe est insuffisante et le glissement est entravé dans la croissance et l'expansion de l'échantillon, ce qui se manifeste macroscopiquement sous la forme d'une augmentation dans la résistance à la déformation plastique initiale. C'est-à-dire qu'avec la génération du durcissement par déformation, l'élimination spontanée du durcissement de la réponse ne peut pas être effectuée, et le durcissement par déformation empêchera le développement continu de la déformation, donc pour obtenir la déformation résiduelle souhaitée, il est nécessaire de continuer à augmenter la force externe, ce qui se manifeste également par une augmentation de la résistance à la déformation plastique initiale.

3. État de contrainte – l’état de contrainte sur la limite d’élasticité des matériaux métalliques est également très important. Plus la composante de contrainte de cisaillement est élevée, plus elle est propice à la déformation plastique du matériau, plus la limite d'élasticité est faible, donc la torsion que la limite d'élasticité en traction est faible, la limite d'élasticité en traction est faible, le même état de contrainte du matériau la limite d'élasticité est différente, ce n'est pas un changement dans la nature du matériau, mais le matériau dans des conditions différentes de performance du comportement mécanique des différents uniquement. Nous disons généralement que la limite d'élasticité du matériau fait généralement référence à la limite d'élasticité en étirement unidirectionnel.
Comment améliorer la limite d'élasticité
1. Modification d'alliage
La modification des alliages est une méthode courante pour améliorer la limite d'élasticité des métaux. Grâce à l'ajout d'éléments dans le métal, à la formation d'une solution solide, d'une phase de durcissement par précipitation ou d'une solution solide interstitielle, etc., pour améliorer la microstructure du métal, améliorant ainsi la résistance du métal. Par exemple, l’ajout d’éléments de terres rares aux alliages d’aluminium peut augmenter considérablement leur limite d’élasticité.
2. Traitement thermique
Le traitement thermique comprend les méthodes de recuit, de trempe et de revenu. En contrôlant la température, la durée et la vitesse de refroidissement du traitement thermique, la taille des grains du métal est affinée, les limites des grains sont purifiées et la densité de dislocation est augmentée, de manière à améliorer la limite d'élasticité du métal. Par exemple, la trempe peut augmenter considérablement la limite d’élasticité et la dureté de l’acier.
3. Écrouissage à froid
L'écrouissage à froid fait référence à l'augmentation de la densité des dislocations grâce à la déformation du métal par travail à froid et à l'amélioration de la résistance et de la dureté du métal en empêchant le mouvement des dislocations. Utilisez généralement la compression, l'étirement, la flexion et d'autres méthodes de travail à froid. Par exemple, le cuivre peut augmenter considérablement sa limite d'élasticité après déformation en traction.
4. Ingénierie des limites de grains
L'ingénierie des joints de grains est une méthode permettant d'améliorer la limite d'élasticité des métaux en utilisant l'effet des joints de grains sur les propriétés des matériaux. En contrôlant l’interaction des joints de grains métalliques et l’effet gênant des dislocations, la limite d’élasticité des métaux peut être considérablement améliorée. Par exemple, la limite d'élasticité du cuivre peut être considérablement améliorée en ajustant l'angle et la morphologie des joints de grains.
5. Traitement de surface
Le traitement de surface est une méthode permettant d'améliorer la limite d'élasticité du métal grâce à une modification de la surface. Par exemple, l'utilisation de la technologie de cuivrage chimique peut permettre à la surface de l'acier de former une couche de revêtement de cuivre uniforme, de sorte que la surface de l'acier forme une nouvelle structure et une nouvelle organisation, améliorant ainsi sa limite d'élasticité.
En résumé, il existe diverses méthodes pour améliorer la limite d'élasticité des matériaux métalliques, notamment la modification des alliages, le traitement thermique, l'écrouissage à froid, l'ingénierie des joints de grains et le traitement de surface. Dans la pratique, il est nécessaire de choisir des méthodes d’amélioration appropriées en fonction des différents types de matériaux et environnements d’utilisation.