آليات تقوية المواد اليات تقوية المواد
إن عيوب الانخلاعات تعمل على خلق مجال للإجهاد. فوق هذه الانخلاعات يوجد إجهاد ضغط وأسفله يوجد اجهاد شد. وبناءً على ذلك، هناك طاقة تفاعل سلبى بين الانخلاعات والترسيب لكليهما على التوالى بسبب الضغط واجهاد الشد والعكس بالعكس. وبعبارة أخرى، سيتم جذب الانخلاعات إلى الراسب .وباإضافة إلى ذلك، هناك طاقة التفاعل الايجابى بين الاضطرابات والترسيب وهي التي لديها نفس النوع من مجال الإجهاد . وهذا يعنى أن الاضطرابات سيتم رفضها بواسطة الراسب.
إن جسيمات الراسب تعمل أيضا على تغيير صلابة المادة. والانخلاعات يتم رفضها بواسطة المناطق الأعلى صلابة. ومع هذا في المقابل إذا كان الراسب يتسبب في ان تكون المادة متوافقة أكثر محليا، فإنه سيتم جذب الانخلاعات إلى هذه المنطقة.
أيضاً قد يؤدى الانخلاع إلى قطع في الجسيم المترسب .وهذا التفاعل يسبب زيادة في مساحة سطح الجسيم. وهذه تأتِى من
A=2πrb
حيث r هي نصف القطر للجسيمات، b هو مقدار متجه بيرجر، والزيادة الناتجة هي طاقة السطح
E=2πrbγs
حيث γs هي طاقة السطح. ويمكن أيضا للانخلاع أن ينحنى حول الجسيم الراسب.
هناك نوعان من المعادلات اللذان يستخدمان لوصف الاّليتين للتصلب بالغمر.
حيث أن Tهى قوة المادة. rنصف قطر جسيم المرحلة التانية. γ طاقة السطح. b مقدار متحه بيرجر. L التباعد بين النقاط المعلقة. وهذه المعادة توضح أن القوة تتناسب مع r قطر الجسيمات المترسبة. وهذا يعنى أنه من الأسهل للإضطرابات أن تقطع المادة مع جسيمات مرحلة ثانية اضغر (r اصغر). ويزداد حجم الجسيمات في المرحلة التانية، إن الجسيمات تعوق حركة الانخلاعات ويصبح من الصعب على نحو متزايد للجسيمات أن تقطع المادة.وبعبارة أخرى، إن قوة المادة تزداد مع زيادة القطرr.
هي عبارة عن روابط بين سطح البللورات والتي تربط الذرات عندما يحدث تشكيل بللوري للسبائك وتتحول إلى اشكال جديدة (كما يحدث اثناء التبريد)وتظهر على حدود الشكل البللوري وهو الموقع المفضل لها ويحدث تدهورات مثل تكسير وتقصف في الشكل البللوري الجديد ويحدث تقريبا عند حدود الحبيبات.
الرابطة تشير إلى المساحة الخارجية من الحبيبات والتي تفصل هذه الحبيبة عن باقي الحبيبات الموجودة في الشكل البللوري.
الرابطة عبارة عن منطقة غير متطابقة بين هذه الحبيبات وتكون دائما عبارة عن واحدة من ثلاث ذرات ذات اقطار واسعة وتفصل الاشكال المختلفة البللورية عن بعضها وذلك في حالة ان تكون هياكل الكريستال متطابقة.
حجم هذه الحبيبات يحدد خصائص المعدن وعلى سبيل المثال:
حجم الحبة عندما يكون صغيرا يزيد قوة الشد ويؤدي إلى زيادة الممطولية اما حجم الحبة عندما يكون كبيرا يكون مفضلا لأنها تزيد وترفع خصائص مثل الزحف ودرجة الحرارة.
والزحف عبارة عن التشكل المسموح به والذي يزداد مع الوقت عندما يتعرض لحمل ثابت أو اجهاد والزحف يصبح تدريجيا أسهل مع زيادة درجة الحرارة.
من النادر استخدام هذه الروابط بين الحبيبات والتي تحتوي على ذرات وهذه الحبيبات تزعج هذه الذرات في مواقعها الشبكية ويحدث الانزلاقات وتوجد الشوائب التي تذهب إلى الرابطة الاقل طاقة في هذا الشكل البللوري.
تتم معالجة هذه الرابطة معالجة هندسية حيث تستخدم كواجهة لقطع أي شكل بللوري وتقسيمه إلى جزئين جزء منهم يتم تدويرة.
نحن نرى انه يوجد خمسة متغيرات مطلوبة وذلك لتحديد الحبيبة الرابطة، أول وتاني متغيرين ياتيان من متجة الوحدة وهو الذي يحدد محور الدوران، وثالث متغير هو الذي يحدد زاوية دوران هذه الحبيبة الرابطة، وآخر متغيرين يحددان مستوى هذه الحبيبه الرابطة ومتجة الوحدة واتجاهه عمودي على هذا المستوى.
الحبيبات الرابطة تعطل حركة النزوح خلال المادة ويتم عرقلة النزوح أو عرقلة التفكك عن طريق الإجهاد الناشئ من الحبيبات الرابطة في المنطقة المؤثر عليها الإجهاد وأيضا لنقص انزلاق المستويات والاتجاهات والتي تحاذي هذه الحبيبات الرابطة.
تقليل حجم الحبيبة هي الطريقة الشائعة لتحسين القوة وذلك غالبا بدون خسارة في المتانة وذلك بسبب الحبيبات الصغيرة والتي تخلق عوائق لكل وحدة مساحة لمستوى الانزلاق.
الطاقة البينية العالية والرابطة الضعيفة نسبيا في الحبيبة الرابطة تجعلها أفضل مواقع لبداية التآكل وترسيب لانواع جديدة من الصلب.
نزوح الحبيبة الرابطة يلعب دور مهم في العديد من آليات الزحف وهذا النزوح يحدث عندما يؤثر اجهاد القص على الحبيبة الرابطة أو على مستواها ويسبب في انزلاق الحبيبات وهذا يعني ان المواد الجيدة بالطبع لديها مقاومة فقيرة للزحف وخاصة عند درجات الحرارة العالية وذلك لان الحبيبات الصغيرة تحتوي زيادة عدد الذرات في مواقع هذه الحبيبات الرابطة.
معدل تصميم هذه الخطوة يعتمد على الزاوية بين حبيبتين قريبتين من بعضهما.
الروابط بين الحبيبات سعتها تكون مانومترات قليلة، وفي المواد الشائعة الاشكال البللورية تكون كبيرة إلى حد ما مما يمكن الروابط بين الحبيبات ان تنشأ وذلك عندما يحدث كسر صغير في المادة، ومع ذلك احجام الحبيبات الصغيرة جدا تكون جيدة وتحقق الإنجاز.
في حدود الاشكال البللورية الصغيرة، حجم الكسر في الروابط بين الحبيبات يصل إلى 100% والمادة تتوقف عن الحصول على أي شخصية بللورية وبعد ذلك تصبح مادة غير متبللورة.
الروابط بين الحبيبات أيضا تمثل ميدان جذاب للمواد الجاذبة ومثال على ذلك:
القرص الصلب في الكمبيوتر يتم صنعه من مادة صلبة مغناطيسية والذي يحتوي مناطق من الذرات والعزوم المغناطيسية والتي يتم إعادة ترتيبها عن طريق الحث الرئيسي فالمغناطيسية تختلف من منطقة لاخرى.
الاختلال بين هذه المناطق من الروابط هي عبارة عن المفتاح لتخزين المعلومات، والحث الرئيسي يقيس توجيه العزوم المغناطيسية في هذه المناطق وكما انها يتم قرائتها اما 0 أو 1 وهذه المعلومات الصغيرة هي عبارة عن المعلومات التي من الممكن قرائتها.
حجم الحبيبة مهم في التكنولوجيا وذلك لانها تحدد عدد المعلومات التي من الممكن ان يحتويها هذا القرص الصلب وكلما كانت حجم الحبيبات صغير كلما زادت كمية المعلومات المخزنة .
خطورة الروابط بين الجزيئات:
معظم القفزات التكنولوجية والتقدم التكنولوجي تم على قدر الإمكان المسموح به لتقليل خطورة الروابط بين الحبيبات والتي تؤثرفي المواد مثل السبائك العالية في ريشة التربينة.
النتيجة كانت عملية التجميد الاتجاهية والتي فيها الروابط بين الحبيبات هي العامل الرئيسي في هذه العملية عن طريق إنتاج اشكال عمودية للحبيبات والتي تكون موازية لحدود الشكل البللوري لمادة الريشة، والاتجاه الافقي لاجهاد الشد هو الذي يظهر في الريشة اثناء حركتها في الطائرة والريش الموجودة في التربينة تتكون من حبيبة واحدة والتي تحسن الموثوقية ويمكن الاعتماد عليها.
عموما، الاشكال البللورية لا تسخن بدرجة عالية لانها سوف تذوب في الحال وذلك عندما يتم احضارها إلى درجة حرارة عالية وهذا يحدث عندما تكون الحبيبات بين الروابط غير متبلورة ويتم حفظها كانها نقاط مركزة في شكل السائل وعلى النقيض إذا لم يوجد صلب مركز حاضر كالسائل الذي يتم تبريده بدرجة عالية وهذا غير مرغوب به في المواد الميكانيكية لذلك مصممي السبائك غالبا يأخذوا حذرهم ضد ذلك.