Analizați metodele de întărire ale materialelor din aliaje de cupru
Metodele de întărire utilizate în mod obișnuit pentru cupru și aliaje de cupru includ: întărirea deformării, întărirea granulelor fine, întărirea soluției solide, întărirea prin precipitare (precipitație), întărirea dispersiei, întărirea materialului compozit și adăugarea de oligoelemente.
1. Întărirea deformării
Întărirea deformării este de a îmbunătăți rezistența și duritatea aliajului de cupru prin deformare plastică. Este una dintre cele mai utilizate metode de întărire a aliajului de cupru. Deoarece defectele de cristal produse de prelucrarea la rece au un efect redus asupra conductivității materialului, această metodă de întărire îmbunătățește rezistența, făcând în același timp aliajul foarte conductiv. Caracteristica întăririi deformării este că, în timp ce rezistența materialului crește, plasticitatea acestuia scade rapid, iar conductivitatea electrică va scădea, de asemenea, ușor datorită creșterii densității de dislocare. În plus, atunci când temperatura de serviciu crește, materialul va suferi procese de recuperare și recristalizare și se va înmuia, iar consolidarea cu deformare unică poate crește rezistența aliajului doar într-o măsură limitată, așa că este adesea folosit împreună cu alte metode de întărire.
2. Întărirea boabelor fine
Întărirea boabelor fine constă în utilizarea măsurilor de solidificare rapidă sau a metodelor de tratament termic pentru a obține boabe fine în timpul turnării. Anumite oligoelemente de aliaj pot fi, de asemenea, adăugate pentru a rafina boabele. Dimensiunea granulelor este redusă, rezistența aliajului este crescută și are un efect redus asupra conductivității electrice a aliajului. Prin urmare, consolidarea granulelor fine a devenit una dintre principalele metode de întărire pentru aliajele de cupru. Avantajul remarcabil al întăririi cu granulație fină este că poate îmbunătăți plasticitatea materialului, îmbunătățind în același timp rezistența materialului. Acest lucru se datorează faptului că, după rafinarea cerealelor, concentrația de tensiuni cauzată de acumularea de dislocare la limita granulelor atunci când materialul este deformat poate fi atenuată eficient, întârziind inițierea fisurilor și se poate obține o cantitate mai mare de deformare înainte ca materialul să se rupă. Rafinarea cerealelor este utilizată pe scară largă datorită acestui avantaj.
3. Întărirea soluției solide
Fenomenul de creștere a rezistenței și durității unui metal prin încorporarea anumitor elemente dizolvate pentru a forma o soluție solidă se numește consolidarea soluției solide. Întărirea soluției solide are loc deoarece dizolvarea atomilor de soluție provoacă distorsiuni în rețeaua cristalină a metalului solvent, crescând astfel rezistența la mișcarea de dislocare. Practica a dovedit că un control adecvat al conținutului de substanță dizolvată din soluția solidă poate îmbunătăți semnificativ rezistența și duritatea materialului, menținând totuși o bună plasticitate și duritate. De exemplu: adăugarea a 19% nichel la cupru poate crește phib-ul aliajului de la 220MPa la 380~400MPa și duritatea de la HB44 la HB70, în timp ce plasticitatea menține încă ψ=50%. Dacă cuprul ar obține același efect de întărire prin alte mijloace (cum ar fi călirea prin muncă în timpul deformării la rece), plasticitatea sa s-ar pierde aproape complet. Întărirea soluției solide este o metodă de întărire care utilizează interacțiunea dintre atomii de dizolvat și dislocațiile în mișcare în soluția solidă pentru a provoca o creștere a tensiunii de curgere. Prin adăugarea unei cantități adecvate de elemente de aliere la bază pentru a forma o soluție solidă, rezistența aliajului va fi în general îmbunătățită. Conform teoriei Mott-Nabbaro, pentru soluțiile solide subțiri, modificarea limitei de curgere cu concentrația elementelor dizolvate poate fi exprimată ca: б=бo+kCm. În formulă, б este limita de curgere a aliajului; бo este limita de curgere a metalului pur; C este concentrația masei atomice a solutului; k și m sunt constante determinate de proprietățile matricei și ale elementelor de aliaj, unde valoarea lui m este între 0,5 și 1.
4. Îmbătrânirea precipitațiilor (precipitațiilor) întărirea
Principiul de bază al întăririi precipitațiilor în vârstă este adăugarea elementelor de aliere la cupru care au o solubilitate solidă foarte mică la temperatura camerei și o solubilitate solidă mare la temperaturi ridicate. Prin tratarea cu soluție solidă la temperatură înaltă, elementele de aliere formează o soluție solidă suprasaturată în bază. Această rezistență este îmbunătățită în comparație cu cuprul pur. Apoi, prin îmbătrânire, soluția solidă suprasaturată se descompune, elementele aliajului precipită într-o anumită formă și sunt dispersate și distribuite în bază pentru a forma o fază de precipitare. Faza precipitată poate preveni în mod eficient mișcarea granițelor și dislocărilor, îmbunătățind astfel foarte mult rezistența aliajului. Elementele de aliere care produc întărirea prin precipitare ar trebui să îndeplinească următoarele două condiții: în primul rând, solubilitatea solidului în cupru la temperaturi ridicate și scăzute este destul de diferită, astfel încât în timpul îmbătrânirii se pot produce suficiente faze de întărire; în al doilea rând, solubilitatea solidului în cupru la temperatura camerei este foarte diferită. Solubilitatea este extrem de mică pentru a asigura o conductivitate ridicată a matricei. Întărirea prin precipitații este cea mai utilizată metodă de întărire în aliajele de cupru de înaltă rezistență și conductivitate ridicată. În aliajele de cupru, pentru a produce efectul de întărire a precipitațiilor de îmbătrânire, elementele adăugate includ Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe etc. Cel mai mare avantaj al întăririi precipitațiilor de îmbătrânire este că este foarte mult îmbunătățește rezistența materialului, reducând în același timp deteriorarea conductibilității electrice.
5. Îmbunătățirea difuziei
Întărirea prin dispersie este un material preparat prin metalurgia pulberilor și alte metode după amestecarea completă a unei pulberi de fază de întărire a dispersiei de o anumită formă și dimensiune cu pulbere de cupru. Particulele din a doua fază (Al2O3, ThO2, Zro2 etc.) sunt dispersate și distribuite în matricea de cupru, iar rezistența aliajului de cupru este îmbunătățită datorită efectului de întărire a dispersiei. Această metodă are un impact redus asupra conductivității electrice și termice a cuprului, îmbunătățind în același timp rezistența. Pentru a obține particule de fază a doua distribuite dispersat în matricea de cupru, se poate considera că particulele de fază a doua sunt adăugate la matricea de cupru sau particulele de fază a doua distribuite dispersat sunt generate in situ în matricea de cupru printr-un anumit proces. Metodele specifice includ: metoda de amestecare mecanică, metoda de co-precipitare, metoda de oxidare internă, metoda de precipitare inversă pe gel, metoda de precipitare electrolitică, etc. Principalele mecanisme de întărire a dispersiei includ mecanismul Olowan și mecanismul Ansel-Lenier.
(1) Mecanismul Orowan. În timpul deformării plastice, linia de dislocare nu poate tăia direct prin a doua particulă de fază, dar sub acțiunea forței externe, linia de dislocare se poate îndoi în jurul celei de-a doua particule de fază și, în cele din urmă, un inel de dislocare este lăsat în jurul particulei de a doua fază și cedează. . Trecere greșită. Îndoirea dislocațiilor va crește energia de distorsiune a rețelei în zona afectată de dislocare, ceea ce crește rezistența la mișcarea liniilor de dislocare și crește rezistența la alunecare.
(2) (2) Mecanism Ansel-Lenier. GS Ansell și colab. a propus un alt model de dislocare pentru randamentul aliajelor întărite cu dispersie. Ei au folosit ca criteriu de randament fractura particulelor dispersate din a doua fază din cauza acumulării de dislocare. Când solicitarea de forfecare asupra particulelor este egală cu solicitarea de rupere a particulelor dispersate, aliajul întărit cu dispersie cedează.
6. Fibră de armătură compozită in situ
Această metodă se referă în principal la adăugarea elementelor de aliere în exces (Cr, Fe, V, Nb etc.) la cupru pentru a obține un complex bifazic. Elementele în exces există în aliajul solidificat sub forma unei singure fază și a unei structuri dendritice. După aceea, aliajul este întins cu o deformare mare, astfel încât structura dendritică a elementelor din aliaj se transformă într-o structură de fibre. Prezența fibrelor crește rezistența la mișcarea de dislocare, întărind astfel materialul.
7. Adăugați oligoelemente
Adăugarea anumitor oligoelemente la bază la aliaj, nu numai că poate întări aliajul, dar este și un mijloc eficient pentru dezvoltarea materialelor rezistente la coroziune. Unele dintre aceste oligoelemente întăresc aliajul prin formarea de faze dispersate, iar altele prin purificarea structurii matricei, dar niciunul nu reduce semnificativ rezistența sa la coroziune, îmbunătățind astfel performanța generală a aliajului.
