Αναλύστε τις μεθόδους ενίσχυσης των υλικών από κράμα χαλκού
Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες μέθοδοι ενίσχυσης για χαλκό και κράματα χαλκού περιλαμβάνουν: ενίσχυση παραμόρφωσης, ενίσχυση λεπτών κόκκων, ενίσχυση στερεού διαλύματος, ενίσχυση καταβύθισης (καταβύθιση), ενίσχυση διασποράς, ενίσχυση σύνθετου υλικού και προσθήκη ιχνοστοιχείων.
1. Ενίσχυση παραμόρφωσης
Η ενίσχυση παραμόρφωσης είναι η βελτίωση της αντοχής και της σκληρότητας του κράματος χαλκού μέσω πλαστικής παραμόρφωσης. Είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους ενίσχυσης του κράματος χαλκού. Δεδομένου ότι τα κρυσταλλικά ελαττώματα που παράγονται από την ψυχρή επεξεργασία έχουν μικρή επίδραση στην αγωγιμότητα του υλικού, αυτή η μέθοδος ενίσχυσης βελτιώνει την αντοχή ενώ εξακολουθεί να κάνει το κράμα εξαιρετικά αγώγιμο. Το χαρακτηριστικό της ενίσχυσης παραμόρφωσης είναι ότι ενώ η αντοχή του υλικού αυξάνεται, η πλαστικότητά του μειώνεται γρήγορα και η ηλεκτρική αγωγιμότητα θα μειωθεί επίσης ελαφρώς λόγω της αύξησης της πυκνότητας εξάρθρωσης. Επιπλέον, όταν η θερμοκρασία λειτουργίας αυξάνεται, το υλικό θα υποβληθεί σε διαδικασίες ανάκτησης και ανακρυστάλλωσης και θα μαλακώσει, και η ενίσχυση με απλή παραμόρφωση μπορεί να αυξήσει την αντοχή του κράματος μόνο σε περιορισμένο βαθμό, επομένως χρησιμοποιείται συχνά μαζί με άλλες μεθόδους ενίσχυσης.
2. Ενίσχυση λεπτών κόκκων
Η ενίσχυση των λεπτών κόκκων είναι η χρήση μέτρων ταχείας στερεοποίησης ή μεθόδων θερμικής επεξεργασίας για τη λήψη λεπτών κόκκων κατά τη χύτευση. Μπορούν επίσης να προστεθούν ορισμένα ιχνοστοιχεία κράματος για τη βελτίωση των κόκκων. Το μέγεθος των κόκκων μειώνεται, η αντοχή του κράματος αυξάνεται και έχει μικρή επίδραση στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του κράματος. Ως εκ τούτου, η ενίσχυση των λεπτών κόκκων έχει γίνει μια από τις κύριες μεθόδους ενίσχυσης για τα κράματα χαλκού. Το εξαιρετικό πλεονέκτημα της ενίσχυσης με λεπτόκοκκο είναι ότι μπορεί να βελτιώσει την πλαστικότητα του υλικού βελτιώνοντας παράλληλα την αντοχή του υλικού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μετά τη βελτίωση των κόκκων, η συγκέντρωση τάσης που προκαλείται από τη συσσώρευση εξάρθρωσης στο όριο των κόκκων όταν το υλικό παραμορφώνεται μπορεί να μετριαστεί αποτελεσματικά, καθυστερώντας την έναρξη των ρωγμών και μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερη παραμόρφωση πριν από τη θραύση του υλικού. Εξαιτίας αυτού του πλεονεκτήματος χρησιμοποιείται ευρέως η εκλέπτυνση κόκκων.
3. Ενίσχυση στερεού διαλύματος
Το φαινόμενο της αύξησης της αντοχής και της σκληρότητας ενός μετάλλου με την ενσωμάτωση ορισμένων διαλυμένων στοιχείων για να σχηματιστεί ένα στερεό διάλυμα ονομάζεται ενίσχυση στερεού διαλύματος. Η ενίσχυση του στερεού διαλύματος συμβαίνει επειδή η διάλυση των ατόμων διαλυμένης ουσίας προκαλεί παραμόρφωση στο κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου διαλύτη, αυξάνοντας έτσι την αντίσταση στην κίνηση εξάρθρωσης. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι ο σωστός έλεγχος της περιεκτικότητας σε διαλυμένη ουσία στο στερεό διάλυμα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή και τη σκληρότητα του υλικού διατηρώντας παράλληλα καλή πλαστικότητα και σκληρότητα. Για παράδειγμα: η προσθήκη 19% νικελίου στον χαλκό μπορεί να αυξήσει το phib του κράματος από 220MPa σε 380~400 MPa και τη σκληρότητα από HB44 σε HB70, ενώ η πλαστικότητα εξακολουθεί να διατηρείται ψ=50%. Εάν ο χαλκός επιτύχει το ίδιο ενισχυτικό αποτέλεσμα με άλλα μέσα (όπως η σκλήρυνση κατά τη διάρκεια της ψυχρής παραμόρφωσης), η πλαστικότητά του θα είχε σχεδόν χαθεί εντελώς. Η ενίσχυση στερεού διαλύματος είναι μια μέθοδος ενίσχυσης που χρησιμοποιεί την αλληλεπίδραση μεταξύ ατόμων διαλυμένης ουσίας και κινούμενων εξαρθρώσεων στο στερεό διάλυμα για να προκαλέσει αύξηση της τάσης ροής. Με την προσθήκη κατάλληλης ποσότητας στοιχείων κράματος στη βάση για να σχηματιστεί ένα στερεό διάλυμα, η αντοχή του κράματος γενικά θα βελτιωθεί. Σύμφωνα με τη θεωρία Mott-Nabbaro, για λεπτά στερεά διαλύματα, η μεταβολή της ισχύος διαρροής με τη συγκέντρωση των διαλυμένων στοιχείων μπορεί να εκφραστεί ως: б=бo+kCm. Στον τύπο, β είναι η ισχύς διαρροής του κράματος. бo είναι η αντοχή διαρροής του καθαρού μετάλλου. C είναι η συγκέντρωση ατομικής μάζας διαλυμένης ουσίας. Τα k και m είναι σταθερές που καθορίζονται από τις ιδιότητες της μήτρας και των στοιχείων κράματος, όπου η τιμή του m είναι μεταξύ 0,5 και 1.
4. Γήρανση κατακρήμνισης (κατακρήμνιση) ενίσχυση
Η βασική αρχή της ενίσχυσης της κατακρήμνισης είναι η προσθήκη στοιχείων κράματος στον χαλκό που έχουν πολύ μικρή διαλυτότητα σε στερεά σε θερμοκρασία δωματίου και μεγάλη διαλυτότητα στερεών σε υψηλές θερμοκρασίες. Μέσω της επεξεργασίας στερεού διαλύματος υψηλής θερμοκρασίας, τα στοιχεία κράματος σχηματίζουν ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα στη βάση. Αυτό Η αντοχή είναι βελτιωμένη σε σύγκριση με τον καθαρό χαλκό. Στη συνέχεια, μέσω της γήρανσης, το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα αποσυντίθεται, τα στοιχεία του κράματος καθιζάνουν σε μια ορισμένη μορφή και διασπείρονται και κατανέμονται στη βάση για να σχηματίσουν μια φάση καθίζησης. Η καταβυθισμένη φάση μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την κίνηση των ορίων των κόκκων και τις εξαρθρώσεις, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την αντοχή του κράματος. Τα στοιχεία κράματος που παράγουν ενίσχυση καθίζησης πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες δύο προϋποθέσεις: πρώτον, η στερεή διαλυτότητα στον χαλκό σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες είναι αρκετά διαφορετική, έτσι ώστε να μπορούν να παραχθούν αρκετές φάσεις ενίσχυσης κατά τη γήρανση. Δεύτερον, η στερεή διαλυτότητα στον χαλκό σε θερμοκρασία δωματίου είναι πολύ διαφορετική. Η διαλυτότητα είναι εξαιρετικά μικρή για να εξασφαλίσει υψηλή αγωγιμότητα της μήτρας. Η ενίσχυση με κατακρήμνιση είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος ενίσχυσης σε κράματα χαλκού υψηλής αντοχής και υψηλής αγωγιμότητας. Στα κράματα χαλκού, προκειμένου να παραχθεί το φαινόμενο ενίσχυσης της κατακρήμνισης γήρανσης, τα στοιχεία που προστίθενται περιλαμβάνουν Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe, κ.λπ. βελτιώνει την αντοχή του υλικού ενώ ελαχιστοποιεί τη ζημιά στην ηλεκτρική αγωγιμότητα.
5. Βελτίωση διάχυσης
Η ενίσχυση διασποράς είναι ένα υλικό που παρασκευάζεται με μεταλλουργία σκόνης και άλλες μεθόδους μετά την πλήρη ανάμιξη μιας σκόνης φάσης ενίσχυσης διασποράς ορισμένου σχήματος και μεγέθους με σκόνη χαλκού. Τα σωματίδια δεύτερης φάσης (Al2O3, ThO2, Zro2, κ.λπ.) διασκορπίζονται και κατανέμονται στη μήτρα χαλκού και η αντοχή του κράματος χαλκού βελτιώνεται λόγω της επίδρασης ενίσχυσης της διασποράς. Αυτή η μέθοδος έχει μικρή επίδραση στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του χαλκού ενώ βελτιώνει την αντοχή. Προκειμένου να ληφθούν διασκορπισμένα σωματίδια δεύτερης φάσης στη μήτρα χαλκού, μπορεί να θεωρηθεί ότι σωματίδια δεύτερης φάσης προστίθενται στη μήτρα χαλκού ή διασκορπισμένα σωματίδια δεύτερης φάσης δημιουργούνται επί τόπου στη μήτρα χαλκού μέσω μιας ορισμένης διαδικασίας. Οι συγκεκριμένες μέθοδοι περιλαμβάνουν: μέθοδο μηχανικής ανάμειξης, μέθοδο συν-κατακρήμνισης, μέθοδο εσωτερικής οξείδωσης, μέθοδο καθίζησης αντίστροφης γέλης, μέθοδο ηλεκτρολυτικής καθίζησης κ.λπ. Οι κύριοι μηχανισμοί ενίσχυσης διασποράς περιλαμβάνουν μηχανισμό Olowan και μηχανισμό Ansel-Lenier.
(1) Μηχανισμός Orowan. Κατά τη διάρκεια της πλαστικής παραμόρφωσης, η γραμμή εξάρθρωσης δεν μπορεί να διασχίσει απευθείας το σωματίδιο δεύτερης φάσης, αλλά υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, η γραμμή εξάρθρωσης μπορεί να λυγίσει γύρω από το σωματίδιο δεύτερης φάσης και τελικά ένας δακτύλιος εξάρθρωσης αφήνεται γύρω από το σωματίδιο δεύτερης φάσης και υποχωρεί . Λάθος πάσα. Η κάμψη των εξαρθρώσεων θα αυξήσει την ενέργεια παραμόρφωσης του πλέγματος στην περιοχή που επηρεάζεται από την εξάρθρωση, γεγονός που αυξάνει την αντίσταση στην κίνηση των γραμμών εξάρθρωσης και αυξάνει την αντίσταση ολίσθησης.
(2) (2) Μηχανισμός Ansel-Lenier. Οι GS Ansell et al. πρότεινε ένα άλλο μοντέλο εξάρθρωσης για την απόδοση κραμάτων ενισχυμένων με διασπορά. Ως κριτήριο απόδοσης χρησιμοποίησαν τη θραύση των διασκορπισμένων σωματιδίων δεύτερης φάσης λόγω συσσώρευσης εξάρθρωσης. Όταν η διατμητική τάση στα σωματίδια είναι ίση με την τάση θραύσης των διεσπαρμένων σωματιδίων, το ενισχυμένο με διασπορά κράμα αποδίδει.
6. Επί τόπου σύνθετη ενίσχυση ινών
Αυτή η μέθοδος αναφέρεται κυρίως στην προσθήκη περίσσειας στοιχείων κράματος (Cr, Fe, V, Nb, κ.λπ.) στον χαλκό για τη λήψη ενός σύνθετου υλικού δύο φάσεων. Τα πλεονάζοντα στοιχεία υπάρχουν στο στερεοποιημένο κράμα με τη μορφή μονοφασικής και δενδριτικής δομής. Μετά από αυτό, το κράμα τεντώνεται με μεγάλη παραμόρφωση, έτσι ώστε η δενδριτική δομή των στοιχείων του κράματος να μετατρέπεται σε δομή ινών. Η παρουσία ινών αυξάνει την αντίσταση στην κίνηση της εξάρθρωσης, ενισχύοντας έτσι το υλικό.
7. Προσθέστε ιχνοστοιχεία
Η προσθήκη ορισμένων ιχνοστοιχείων στη βάση σε κράμα όχι μόνο μπορεί να ενισχύσει το κράμα, αλλά είναι επίσης ένα αποτελεσματικό μέσο για την ανάπτυξη ανθεκτικών στη διάβρωση υλικών. Μερικά από αυτά τα ιχνοστοιχεία ενισχύουν το κράμα σχηματίζοντας διασκορπισμένες φάσεις και μερικά με καθαρισμό της δομής της μήτρας, αλλά κανένα από αυτά δεν μειώνει σημαντικά την αντίστασή του στη διάβρωση, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση του κράματος.
