Elemezze a rézötvözet anyagok szilárdítási módszereit
A réz és rézötvözetek általánosan használt szilárdítási módszerei a következők: deformációs erősítés, finomszemcsés erősítés, szilárd oldatos erősítés, öregedéses (csapadékos) erősítés, diszperziós erősítés, kompozit anyagerősítés és nyomelemek hozzáadása.
1. Deformáció erősítése
A deformációerősítés célja a rézötvözet szilárdságának és keménységének javítása plasztikus deformáció révén. Ez az egyik leggyakrabban használt rézötvözet erősítő módszer. Mivel a hidegmegmunkálás során keletkező kristályhibák csekély hatást gyakorolnak az anyag vezetőképességére, ez az erősítési módszer javítja a szilárdságot, miközben az ötvözetet továbbra is nagyon vezetőképessé teszi. A deformációs erősítés jellemzője, hogy miközben az anyag szilárdsága nő, plaszticitása gyorsan csökken, és a diszlokációs sűrűség növekedése miatt az elektromos vezetőképesség is kismértékben csökken. Ezen túlmenően, amikor az üzemi hőmérséklet emelkedik, az anyag visszanyerési és átkristályosodási folyamatokon megy keresztül és meglágyul, és az egyszeri deformációs erősítés csak korlátozott mértékben növelheti az ötvözet szilárdságát, ezért gyakran használják más erősítési módszerekkel együtt.
2. Finomszemcsés erősítés
A finomszemcsés szilárdítás gyors megszilárdítási vagy hőkezelési módszerek alkalmazása, hogy finom szemcséket kapjunk az öntés során. Bizonyos nyomelemek ötvözet is hozzáadhatók a szemcsék finomításához. Csökken a szemcseméret, nő az ötvözet szilárdsága, és ez csekély hatással van az ötvözet elektromos vezetőképességére. Ezért a finomszemcsés erősítés a rézötvözetek egyik fő erősítési módszerévé vált. A finomszemcsés erősítés kiemelkedő előnye, hogy javíthatja az anyag plaszticitását, miközben javítja az anyag szilárdságát. A szemcsefinomítást követően ugyanis az anyag deformálódása során a szemcsehatáron fellépő diszlokáció-halmozódás okozta feszültségkoncentráció hatékonyan enyhíthető, késleltetve a repedések keletkezését, és nagyobb mértékű deformáció érhető el az anyag törése előtt. Ennek az előnynek köszönhetően széles körben alkalmazzák a gabonafinomítást.
3. Szilárd oldat megerősítése
Azt a jelenséget, amikor a fém szilárdsága és keménysége bizonyos oldott elemek beépítésével szilárd oldatot képezve megnövekszik, szilárd oldatos erősítésnek nevezzük. A szilárd oldat erősödése azért következik be, mert az oldott atomok feloldódása torzulást okoz az oldószer fém kristályrácsában, ezáltal növeli a diszlokációs mozgással szembeni ellenállást. A gyakorlat bebizonyította, hogy a szilárd oldat oldottanyag-tartalmának megfelelő szabályozása jelentősen javíthatja az anyag szilárdságát és keménységét, miközben megőrzi a jó plaszticitást és szívósságot. Például: ha 19% nikkelt adunk a rézhez, az ötvözet nagysága 220MPa-ról 380-400 MPa-ra, a keménység pedig HB44-ről HB70-re nőhet, miközben a plaszticitás továbbra is megtartja a ψ=50%-ot. Ha a réz más módon érné el ugyanezt az erősítő hatást (például a hidegalakítás során történő munkakeményítéssel), plaszticitása szinte teljesen elveszne. A szilárd oldatos erősítés egy olyan erősítési módszer, amely az oldott anyag atomjai és a szilárd oldatban lévő mozgó diszlokációk közötti kölcsönhatást használja fel az áramlási feszültség növekedéséhez. Ha megfelelő mennyiségű ötvözőelemet adunk az alaphoz, hogy szilárd oldatot kapjunk, az ötvözet szilárdsága általában javul. A Mott-Nabbaro elmélet szerint vékony szilárd oldatok esetén a folyáshatár változása az oldott anyagok koncentrációjával a következőképpen fejezhető ki: б=бo+kCm. A képletben б az ötvözet folyáshatára; бo a tiszta fém folyáshatára; C az oldott anyag atomtömeg-koncentrációja; k és m a mátrix és az ötvözetelemek tulajdonságai által meghatározott állandók, ahol m értéke 0,5 és 1 között van.
4. Öregedéses csapadék (csapadék) erősödése
Az öregedési csapadékerősítés alapelve, hogy olyan ötvözőelemeket adnak a rézhez, amelyeknek szobahőmérsékleten nagyon kicsi a szilárdanyag-oldhatósága, magas hőmérsékleten pedig nagy a szilárdanyag-oldhatóságuk. A magas hőmérsékletű szilárd oldatos kezelés révén az ötvözőelemek túltelített szilárd oldatot képeznek az alapban. Ez A szilárdság javult a tiszta rézhez képest. Ezután az öregedés során a túltelített szilárd oldat lebomlik, az ötvözetelemek bizonyos formában kicsapódnak, majd az alapban diszpergálódnak és eloszlanak, így csapadékfázis keletkezik. A kicsapódott fázis hatékonyan képes megakadályozni a szemcsehatárok és a diszlokációk elmozdulását, ezáltal nagymértékben javítja az ötvözet szilárdságát. A csapadékerősítést előállító ötvözőelemeknek a következő két feltételnek kell megfelelniük: egyrészt a réz szilárd oldhatósága magas és alacsony hőmérsékleten meglehetősen eltérő, hogy az öregedés során elegendő erősítő fázis tudjon előállni; másodszor, a szilárd anyag oldhatósága rézben szobahőmérsékleten nagyon eltérő. Az oldhatóság rendkívül kicsi, hogy biztosítsa a mátrix magas vezetőképességét. A csapadékos erősítés a legszélesebb körben alkalmazott erősítési módszer a nagy szilárdságú, nagy vezetőképességű rézötvözetek esetében. A rézötvözetekben az öregedési csapadékerősítő hatás elérése érdekében olyan elemeket adnak hozzá, mint a Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe stb. Az öregedő csapadékerősítés legnagyobb előnye, hogy nagymértékben javítja az anyag szilárdságát, miközben minimálisra csökkenti az elektromos vezetőképesség károsodását.
5. A diffúzió fokozása
A diszperziós erősítés porkohászattal és más módszerekkel előállított anyag, miután egy bizonyos alakú és méretű diszperzióerősítő fázisú port rézporral teljesen összekeverik. A második fázis részecskék (Al2O3, ThO2, Zro2 stb.) a rézmátrixban diszpergálódnak és eloszlanak, a diszperziót erősítő hatásnak köszönhetően a rézötvözet szilárdsága javul. Ez a módszer csekély hatással van a réz elektromos és hővezető képességére, miközben javítja a szilárdságot. Annak érdekében, hogy a rézmátrixban diszpergált eloszlású második fázisú részecskéket kapjunk, megfontolható, hogy a második fázis részecskéket hozzáadják a rézmátrixhoz, vagy diszpergált eloszlású második fázis részecskéket állítanak elő in situ a rézmátrixban egy bizonyos folyamat során. A specifikus módszerek a következők: mechanikus keverési módszer, koprecipitációs módszer, belső oxidációs módszer, fordított gélkicsapásos módszer, elektrolitikus kicsapásos módszer, stb. A diszperzióerősítés főbb mechanizmusai közé tartozik az Olowan-mechanizmus és az Ansel-Lenier-mechanizmus.
(1) Orowan mechanizmus. A plasztikus deformáció során a diszlokációs vonal közvetlenül nem tud átvágni a második fázis részecskéjén, de külső erő hatására a diszlokációs vonal meghajolhat a második fázis részecskéje körül, és végül a második fázisrészecske körül diszlokációs gyűrű marad, és utat enged . Rossz passz. A diszlokációk hajlítása növeli a rácstorzítási energiát a diszlokáció által érintett területen, ami növeli a diszlokációs vonalak mozgásával szembeni ellenállást és növeli a csúszási ellenállást.
(2) (2) Ansel-Lenier mechanizmus. GS Ansell et al. egy másik diszlokációs modellt javasolt a diszperziós szilárdságú ötvözetek előállítására. Kitermelési kritériumként a diszlokáció-akkumuláció miatti diszlokáció akkumuláció miatti szétszórt második fázisú részecskék törését használták. Ha a részecskékre ható nyírófeszültség megegyezik a diszpergált részecskék törési feszültségével, a diszperzióval megerősített ötvözet hozamot ad.
6. Fiber in situ kompozit megerősítés
Ez a módszer főleg ötvözőelemek (Cr, Fe, V, Nb stb.) hozzáadására vonatkozik, hogy kétfázisú komplexet kapjunk. A felesleges elemek a megszilárdult ötvözetben egyfázisú és dendrites szerkezet formájában vannak jelen. Ezt követően az ötvözetet nagy deformációval megnyújtják, így az ötvözetelemek dendrites szerkezete szálszerkezetté alakul. A szálak jelenléte növeli a diszlokációs mozgással szembeni ellenállást, ezáltal erősíti az anyagot.
7. Nyomelemek hozzáadása
Bizonyos nyomelemek hozzáadása az alaphoz az ötvözethez nem csak erősítheti az ötvözetet, hanem hatékony eszköz a korrózióálló anyagok fejlesztéséhez is. Ezen nyomelemek némelyike diszpergált fázisok kialakításával erősíti az ötvözetet, mások pedig a mátrix szerkezetének tisztításával, de egyikük sem csökkenti jelentősen annak korrózióállóságát, ezáltal javítva az ötvözet általános teljesítményét.
