Analizirajte metode utrjevanja materialov iz bakrovih zlitin
Običajno uporabljene metode ojačitve za baker in bakrove zlitine vključujejo: deformacijsko ojačitev, finozrnato ojačitev, ojačitev s trdno raztopino, ojačitev s staranjem (obarjanje), disperzijsko ojačitev, ojačitev kompozitnih materialov in dodajanje elementov v sledovih.
1. Deformacijska krepitev
Deformacijska krepitev je izboljšati trdnost in trdoto bakrove zlitine s plastično deformacijo. Je ena najpogosteje uporabljenih metod utrjevanja bakrovih zlitin. Ker kristalne napake, ki nastanejo pri hladni obdelavi, malo vplivajo na prevodnost materiala, ta metoda utrjevanja izboljša trdnost, medtem ko je zlitina še vedno visoko prevodna. Značilnost deformacijskega utrjevanja je, da se ob povečanju trdnosti materiala njegova plastičnost hitro zmanjša, zaradi povečanja gostote dislokacij pa se nekoliko zmanjša tudi električna prevodnost. Poleg tega, ko se delovna temperatura dvigne, bo material podvržen procesom okrevanja in rekristalizacije ter se zmehča, ojačitev z enojno deformacijo pa lahko poveča trdnost zlitine le v omejenem obsegu, zato se pogosto uporablja skupaj z drugimi metodami ojačitve.
2. Ojačitev finih zrn
Ojačitev z drobnimi zrni je uporaba hitrih ukrepov strjevanja ali metod toplotne obdelave za pridobitev drobnih zrn med ulivanjem. Za rafiniranje zrn se lahko dodajo tudi nekateri elementi zlitin v sledovih. Velikost zrn se zmanjša, trdnost zlitine se poveča in malo vpliva na električno prevodnost zlitine. Zato je finozrnato utrjevanje postalo ena glavnih metod utrjevanja bakrovih zlitin. Izjemna prednost finozrnatega utrjevanja je, da lahko izboljša plastičnost materiala, hkrati pa izboljša trdnost materiala. To je zato, ker je po prečiščevanju zrn koncentracijo napetosti, ki jo povzroči kopičenje dislokacij na meji zrn, ko je material deformiran, mogoče učinkovito ublažiti, s čimer se upočasni nastanek razpok, in večjo količino deformacije je mogoče doseči, preden se material zlomi. Zaradi te prednosti se široko uporablja prečiščevanje zrn.
3. Krepitev s trdno raztopino
Pojav povečanja trdnosti in trdote kovine z vključevanjem določenih raztopljenih elementov v trdno raztopino se imenuje utrjevanje trdne raztopine. Do utrjevanja trdne raztopine pride, ker raztapljanje atomov topljenca povzroči popačenje v kristalni mreži kovine topila, s čimer se poveča odpornost proti gibanju dislokacij. Praksa je dokazala, da lahko pravilna kontrola vsebnosti topljenca v trdni raztopini bistveno izboljša trdnost in trdoto materiala, hkrati pa ohrani dobro plastičnost in žilavost. Na primer: dodajanje 19 % niklja bakru lahko poveča phib zlitine z 220MPa na 380~400MPa in trdoto s HB44 na HB70, medtem ko plastičnost še vedno ohranja ψ=50%. Če bi baker dosegel enak ojačitveni učinek z drugimi sredstvi (kot je utrjevanje med hladno deformacijo), bi bila njegova plastičnost skoraj popolnoma izgubljena. Ojačitev s trdno raztopino je metoda ojačitve, ki uporablja interakcijo med atomi topljenca in premikajočimi se dislokacijami v trdni raztopini, da povzroči povečanje napetosti toka. Z dodajanjem ustrezne količine legirnih elementov na osnovo, da se tvori trdna raztopina, se bo trdnost zlitine na splošno izboljšala. V skladu s teorijo Mott-Nabbaro lahko za tanke trdne raztopine spremembo meje tečenja s koncentracijo raztopljenih elementov izrazimo kot: б=бo+kCm. V formuli je b meja tečenja zlitine; бo je meja tečenja čiste kovine; C atomska masna koncentracija topljenca; k in m sta konstanti, določeni z lastnostmi elementov matrice in zlitine, kjer je vrednost m med 0,5 in 1.
4. Staranje padavine (padavine) krepitev
Osnovno načelo utrjevanja s staranjem je dodajanje legirnih elementov bakru, ki imajo zelo majhno trdno topnost pri sobni temperaturi in veliko trdno topnost pri visokih temperaturah. Z visokotemperaturno obdelavo trdne raztopine legirni elementi tvorijo prenasičeno trdno raztopino v osnovi. Ta trdnost je izboljšana v primerjavi s čistim bakrom. Nato se s staranjem prenasičena trdna raztopina razgradi, elementi zlitine se izločijo v določeni obliki ter se razpršijo in porazdelijo v osnovi, da tvorijo obarjano fazo. Izločena faza lahko učinkovito prepreči premikanje meja zrn in dislokacij, s čimer močno izboljša trdnost zlitine. Legirni elementi, ki povzročajo precipitacijsko ojačitev, morajo izpolnjevati naslednja dva pogoja: prvič, trdna topnost v bakru pri visokih in nizkih temperaturah je precej različna, tako da lahko med staranjem nastane dovolj ojačitvenih faz; drugič, trdna topnost v bakru pri sobni temperaturi je zelo različna. Topnost je izjemno majhna, da se zagotovi visoka prevodnost matrice. Precipitacijsko utrjevanje je najpogosteje uporabljena metoda utrjevanja bakrovih zlitin z visoko trdnostjo in visoko prevodnostjo. V bakrovih zlitinah so dodani elementi Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe itd., da bi dosegli učinek izločanja s staranjem, itd. Največja prednost izločanja s staranjem je, da močno izboljša trdnost materiala, hkrati pa zmanjša škodo na električni prevodnosti.
5. Izboljšanje difuzije
Disperzijsko utrjevanje je material, pripravljen s prašno metalurgijo in drugimi metodami po popolnem mešanju disperzijske utrdilne faze v prahu določene oblike in velikosti z bakrovim prahom. Delci druge faze (Al2O3, ThO2, Zro2 itd.) so razpršeni in porazdeljeni v bakreni matrici, trdnost bakrove zlitine pa je izboljšana zaradi učinka disperzijske krepitve. Ta metoda ima majhen vpliv na električno in toplotno prevodnost bakra, hkrati pa izboljša trdnost. Da bi dobili razpršeno porazdeljene delce druge faze v bakreni matrici, lahko štejemo, da se delci druge faze dodajo bakreni matrici ali pa se razpršeno porazdeljeni delci druge faze ustvarijo in situ v bakreni matrici z določenim postopkom. Posebne metode vključujejo: metodo mehanskega mešanja, metodo soprecipitacije, metodo notranje oksidacije, metodo obratnega obarjanja z gelom, metodo elektrolitskega obarjanja itd. Glavni mehanizmi disperzijske krepitve vključujejo mehanizem Olowan in mehanizem Ansel-Lenier.
(1) Orowanov mehanizem. Med plastično deformacijo dislokacijska črta ne more neposredno prerezati delca druge faze, vendar se lahko pod delovanjem zunanje sile dislokacijska črta upogne okoli delca druge faze in na koncu ostane dislokacijski obroč okoli delca druge faze in popusti . Napačna podaja. Upogibanje dislokacij bo povečalo energijo popačenja mreže v območju, ki ga je prizadela dislokacija, kar poveča odpornost proti gibanju dislokacijskih linij in poveča odpornost proti zdrsu.
(2) (2) Ansel-Lenierjev mehanizem. GS Ansell et al. predlagal drug dislokacijski model za tečenje disperzijsko utrjenih zlitin. Kot kriterij izkoristka so uporabili lom razpršenih delcev druge faze zaradi kopičenja dislokacij. Ko je strižna napetost na delcih enaka lomni napetosti razpršenih delcev, disperzijsko utrjena zlitina popusti.
6. Kompozitna ojačitev z vlakni in situ
Ta metoda se v glavnem nanaša na dodajanje odvečnih legirnih elementov (Cr, Fe, V, Nb itd.) bakru, da dobimo dvofazni kompleks. Presežni elementi obstajajo v strjeni zlitini v obliki ene faze in dendritične strukture. Nato se zlitina raztegne z veliko deformacijo, tako da se dendritična struktura elementov zlitine spremeni v strukturo vlaken. Prisotnost vlaken poveča odpornost na premikanje dislokacij in s tem utrdi material.
7. Dodajte elemente v sledovih
Dodajanje določenih elementov v sledovih na osnovo zlitine ne more le okrepiti zlitine, ampak je tudi učinkovito sredstvo za razvoj materialov, odpornih proti koroziji. Nekateri od teh elementov v sledovih okrepijo zlitino s tvorbo dispergiranih faz, nekateri pa s čiščenjem strukture matriksa, vendar nobeden od njih bistveno ne zmanjša njene odpornosti proti koroziji, s čimer se izboljša splošno delovanje zlitine.
