Analyzujte spôsoby spevnenia materiálov zliatin medi
Bežne používané metódy spevnenia medi a zliatin medi zahŕňajú: deformačné spevnenie, spevnenie jemnou zrnitosťou, spevnenie tuhým roztokom, spevnenie starnutím (precipitácia), disperzné spevnenie, spevnenie kompozitného materiálu a pridanie stopových prvkov.
1. Deformačné spevnenie
Deformačné spevnenie má zlepšiť pevnosť a tvrdosť zliatiny medi prostredníctvom plastickej deformácie. Je to jedna z najčastejšie používaných metód spevnenia zliatiny medi. Pretože defekty kryštálov vznikajúce opracovaním za studena majú malý vplyv na vodivosť materiálu, tento spôsob spevňovania zlepšuje pevnosť, pričom stále robí zliatinu vysoko vodivou. Charakteristickým znakom deformačného spevnenia je, že zatiaľ čo pevnosť materiálu rastie, jeho plasticita rýchlo klesá a mierne klesá aj elektrická vodivosť v dôsledku zvýšenia hustoty dislokácií. Okrem toho, keď sa prevádzková teplota zvýši, materiál prejde procesom regenerácie a rekryštalizácie a zmäkne a jednorazové deformačné spevnenie môže zvýšiť pevnosť zliatiny iba v obmedzenom rozsahu, takže sa často používa spolu s inými spôsobmi spevnenia.
2. Jemné spevnenie zrna
Spevnenie jemných zŕn znamená použitie rýchlych opatrení na tuhnutie alebo metódy tepelného spracovania na získanie jemných zŕn počas odlievania. Na zjemnenie zŕn možno pridať aj určité prvky stopovej zliatiny. Veľkosť zrna sa zníži, pevnosť zliatiny sa zvýši a má malý vplyv na elektrickú vodivosť zliatiny. Preto sa spevnenie jemných zŕn stalo jednou z hlavných metód spevnenia zliatin medi. Výnimočnou výhodou jemnozrnného spevňovania je, že môže zlepšiť plasticitu materiálu a zároveň zlepšiť pevnosť materiálu. Je to preto, že po zjemnení zŕn môže byť koncentrácia napätia spôsobená akumuláciou dislokácie na hranici zŕn pri deformácii materiálu účinne zmiernená, čím sa oneskorí iniciácia trhlín a môže sa dosiahnuť väčšia deformácia pred zlomením materiálu. Zušľachťovanie zŕn je široko používané kvôli tejto výhode.
3. Pevné spevnenie roztoku
Fenomén zvyšovania pevnosti a tvrdosti kovu začlenením určitých prvkov rozpustenej látky na vytvorenie tuhého roztoku sa nazýva spevnenie tuhého roztoku. Spevnenie tuhého roztoku nastáva, pretože rozpúšťanie atómov rozpustenej látky spôsobuje deformáciu v kryštálovej mriežke kovu rozpúšťadla, čím sa zvyšuje odolnosť voči pohybu dislokácie. Prax ukázala, že správna kontrola obsahu rozpustených látok v tuhom roztoku môže výrazne zlepšiť pevnosť a tvrdosť materiálu pri zachovaní dobrej plasticity a húževnatosti. Napríklad: pridanie 19 % niklu do medi môže zvýšiť phib zliatiny z 220MPa na 380~400MPa a tvrdosť z HB44 na HB70, pričom plasticita si stále zachováva ψ=50%. Ak by meď dosiahla rovnaký spevňujúci účinok inými prostriedkami (ako je mechanické spevnenie počas deformácie za studena), jej plasticita by sa takmer úplne stratila. Posilňovanie v tuhom roztoku je metóda spevňovania, ktorá využíva interakciu medzi atómami rozpustenej látky a pohyblivými dislokáciami v pevnom roztoku na zvýšenie prietokového napätia. Pridaním vhodného množstva legujúcich prvkov k základu na vytvorenie tuhého roztoku sa pevnosť zliatiny vo všeobecnosti zlepší. Podľa Mott-Nabbarovej teórie pre tenké tuhé roztoky možno zmenu medze klzu s koncentráciou prvkov rozpustenej látky vyjadriť ako: б=бo+kCm. Vo vzorci je б medza klzu zliatiny; бo je medza klzu čistého kovu; C je koncentrácia atómovej hmotnosti rozpustenej látky; k a m sú konštanty určené vlastnosťami matrice a zliatinových prvkov, pričom hodnota m je medzi 0,5 a 1.
4. Spevnenie starnutia zrážok (zrážok).
Základným princípom spevnenia vekom precipitáciou je pridanie legujúcich prvkov do medi, ktoré majú veľmi malú rozpustnosť v tuhej hmote pri izbovej teplote a veľkú rozpustnosť v tuhej hmote pri vysokých teplotách. Prostredníctvom vysokoteplotného spracovania tuhým roztokom tvoria legujúce prvky v základe presýtený tuhý roztok. Táto pevnosť je lepšia v porovnaní s čistou meďou. Potom sa v dôsledku starnutia presýtený tuhý roztok rozkladá, zliatinové prvky sa vyzrážajú v určitej forme a sú dispergované a distribuované v základe za vzniku precipitačnej fázy. Precipitovaná fáza môže účinne zabrániť pohybu hraníc zŕn a dislokácií, čím výrazne zlepší pevnosť zliatiny. Legujúce prvky, ktoré vytvárajú precipitačné spevnenie, by mali spĺňať nasledujúce dve podmienky: po prvé, rozpustnosť v tuhom skupenstve v medi pri vysokých a nízkych teplotách je značne odlišná, takže počas starnutia môže vzniknúť dostatok spevňujúcich fáz; po druhé, rozpustnosť tuhej látky v medi pri izbovej teplote je veľmi odlišná. Rozpustnosť je extrémne malá, aby sa zabezpečila vysoká vodivosť matrice. Precipitačné spevňovanie je najpoužívanejšou metódou spevňovania vo vysoko pevných a vysoko vodivých zliatinách medi. V zliatinách medi, aby sa dosiahol účinok spevnenia precipitáciou starnutím, pridané prvky zahŕňajú Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe atď. Najväčšou výhodou spevnenia precipitáciou starnutím je, že značne zlepšuje pevnosť materiálu a zároveň minimalizuje poškodenie elektrickej vodivosti.
5. Zlepšenie difúzie
Disperzné spevňovanie je materiál pripravený práškovou metalurgiou a inými metódami po úplnom zmiešaní disperzného spevňujúceho fázového prášku určitého tvaru a veľkosti s medeným práškom. Častice druhej fázy (Al2O3, ThO2, Zro2, atď.) sú rozptýlené a distribuované v medenej matrici a pevnosť zliatiny medi je zlepšená vďaka efektu spevnenia disperzie. Táto metóda má malý vplyv na elektrickú a tepelnú vodivosť medi a zároveň zlepšuje pevnosť. Aby sa získali disperzne distribuované častice druhej fázy v medenej matrici, možno zvážiť, že častice druhej fázy sa pridajú k medenej matrici alebo sa dispergovane distribuované častice druhej fázy generujú in situ v medenej matrici prostredníctvom určitého procesu. Medzi špecifické metódy patria: metóda mechanického miešania, metóda koprecipitácie, metóda vnútornej oxidácie, metóda reverznej gélovej precipitácie, metóda elektrolytickej precipitácie atď. Medzi hlavné mechanizmy spevňovania disperzie patrí Olowanov mechanizmus a Ansel-Lenierov mechanizmus.
(1) Orowanov mechanizmus. Počas plastickej deformácie nemôže dislokačná čiara priamo prerezať časticu druhej fázy, ale pod pôsobením vonkajšej sily sa môže dislokačná čiara ohnúť okolo častice druhej fázy a nakoniec sa okolo častice druhej fázy ponechá dislokačný krúžok a ustúpi. . Nesprávna prihrávka. Ohýbanie dislokácií zvýši energiu skreslenia mriežky v oblasti ovplyvnenej dislokáciou, čo zvyšuje odolnosť proti pohybu dislokačných čiar a zvyšuje odolnosť proti sklzu.
(2) (2) Ansel-Lenierov mechanizmus. GS Ansell a kol. navrhol ďalší dislokačný model na poddajnosť zliatin spevnených disperziou. Ako kritérium výťažku použili lom rozptýlených častíc druhej fázy v dôsledku akumulácie dislokácií. Keď sa šmykové napätie na časticiach rovná lomovému napätiu dispergovaných častíc, zliatina spevnená disperziou povolí.
6. Vláknová in-situ kompozitná výstuž
Táto metóda sa týka hlavne pridávania nadbytočných legujúcich prvkov (Cr, Fe, V, Nb atď.) k medi, aby sa získal dvojfázový komplex. Nadbytočné prvky existujú v stuhnutej zliatine vo forme jedinej fázy a dendritickej štruktúry. Potom sa zliatina natiahne s veľkou deformáciou, takže dendritická štruktúra prvkov zliatiny sa premení na štruktúru vlákien. Prítomnosť vlákien zvyšuje odolnosť proti pohybu dislokácie, čím sa materiál spevňuje.
7. Pridajte stopové prvky
Pridanie určitých stopových prvkov k základu zliatiny môže nielen posilniť zliatinu, ale je tiež účinným prostriedkom na vývoj materiálov odolných voči korózii. Niektoré z týchto stopových prvkov spevňujú zliatinu vytváraním dispergovaných fáz a niektoré čistením štruktúry matrice, ale žiadny z nich výrazne neznižuje jej odolnosť proti korózii, čím zlepšuje celkový výkon zliatiny.
