材料が降伏した後、変形の増加に伴って強度と硬度が増加する一方、可塑性と靱性が減少する現象は、ひずみ硬化または加工硬化と呼ばれます。
02
機構
塑性変形が進行するにつれて、転位密度は継続的に増加します。そのため、移動中に転位の交差が激しくなり、劈開の固定や転位の絡み合いなどが障害となる。これにより、転位の移動に対する抵抗が増加し、変形抵抗が増加し、さらなる塑性変形が困難になり、金属の強度が増加します。
規則: 変形の程度が増加すると、材料の強度と硬度は増加しますが、可塑性と靭性は減少します。転位密度は継続的に増加します。式図によれば、強度は転位密度ρの１乗に正比例する。転位のバーガース ベクトル b が大きいほど、強化効果は大きくなります。
03
メソッド
冷間プレス、圧延、ショットピーニングなどの冷間変形。
04
例
冷間引抜鋼線は{0}強度を数倍に高めることができます。
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ひずみ強化の実際的な意義（メリットとデメリット）
(1) メリット：
① 金属の強化にはひずみ強化が有効です。熱処理で強化できない材料でも、ひずみ強化を行うことで強度を数倍に高めることができます。
② これは、特定のワークピースや半製品の形成において重要な要素であり、金属の均一な変形を可能にし、冷間引抜鋼線や部品のスタンピングなどのワークピースや半製品の形成を可能にします。{{1}{2}}
③ ひずみ強化により、使用中の部品やコンポーネントの安全性も向上します。部品の特定の部分に応力集中や過負荷が発生すると、その箇所に塑性変形が発生します。加工硬化により過負荷部分の変形が止まり、安全性が向上します。
(2) デメリット:
①ひずみ強化も材料の製造や使用に支障をきたします。変形すると強度は増加しますが、可塑性が低下するため、それ以上の変形が困難になり、より多くの力が必要になります。
② 材料が変形し続けるためには、材料が割れることなく変形し続けるために、中間に再結晶焼鈍が必要となり、製造コストが増加します。イメージ画像Ⅱ．固溶強化 画像 01 定義 固溶強化とは、溶質原子の含有量が増加すると固溶体の強度と硬度が増加する一方、可塑性と靱性が低下する現象です. 02 メカニズム (1) 溶質原子の溶解により固溶体の結晶格子が歪み、滑り面上の転位の移動が妨げられます。 (2) 転位線上に偏析する溶質原子によって形成されるコティヤール雰囲気は転位を固定し、転位の移動に対する抵抗を増加させます。 (3) 積層欠陥領域における溶質原子の偏析は、伸長転位の移動を妨げます。転位の移動を妨げ、転位の移動に対する抵抗を増加させるすべての要因は強度を高めることができます. 03 規則 ① 固溶体の溶解度範囲内で、合金元素の質量分率が大きいほど、強化効果は大きくなります。 ② 溶質原子と溶媒原子の大きさの差が大きいほど強化効果は大きくなります。 ③ 格子間固溶体を形成する溶質元素の強化効果は置換型固溶体を形成する元素よりも大きい。
④ 溶質原子と溶媒原子の価電子数の差が大きいほど強化効果は大きくなります。
04
方法
合金化、つまり合金元素の添加。
05
例
銅-ニッケル合金の強度は、純銅やニッケル金属の強度よりも優れています。
イメージ イメージ
Ⅲ．結晶粒微細化強化
画像01
意味
結晶粒径が小さくなるにつれて材料の強度、硬度、塑性、靱性が増加する現象を結晶粒微細化強化といいます。
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機構
その原理は、転位滑りに対する粒界の阻害効果にあります。多結晶材料の場合、転位の移動は粒界の抵抗を克服する必要があります。これは粒界の両側で転位の方向が異なるためである。したがって、ある粒子では、滑り転位が直接粒界を越えて隣接する粒子に入ることができない。粒界に多数の転位が蓄積して応力集中が生じた後にのみ、隣接する粒子内の既存の転位の動きが刺激されて滑りが発生します。したがって、結晶粒径が細かいほど材料の強度は高くなります。
03
ルール
粒子が微細になると、粒界領域が大きくなります。 Hall-Page の式によれば、平均粒径 d が小さいほど、材料の降伏強度 σs は高くなります。
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穀物の精製方法
①結晶化の際、過冷却、改質処理、振動、撹拌を強めることにより結晶粒を微細化し、核生成速度を高めることができます。
② 冷間変形金属の場合、変形度と焼鈍温度を制御することで結晶粒を微細化することができます。
③焼ならし、焼鈍熱処理により結晶粒を微細化することができます。
④ 合金元素を鋼に添加して新しい相を形成し、それによって結晶粒の成長を抑制することができます。
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IV.第二期強化
画像01
意味
金属マトリックス中に 1 つ以上の他の相が存在すると、金属の強度が増加します。第 2 相を得るプロセスに応じて、第 2 相強化は次の 2 つに分けられます。 ① 析出強化：相変態熱処理により第 2 相を得る。 ②分散強化：粉末焼結や内部酸化により第二相を得る。
02
機構
転位が移動中に第 2 段階に遭遇すると、第 2 段階を迂回または通過する必要があります。したがって、第２相は転位の移動を妨げ、それによって材料の強度を増加させる。
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例
鋼中にセメンタイトが存在すると強度が高まります。
