Analizirati metode ojačanja materijala od legura bakra
Uobičajene metode ojačanja za bakar i legure bakra uključuju: deformacijsko ojačanje, ojačanje finim zrnom, ojačanje čvrstim rastvorom, ojačanje starenjem (precipitacijom), ojačanje disperzijom, ojačanje kompozitnog materijala i dodavanje elemenata u tragovima.
1. Deformacijsko jačanje
Deformacijsko jačanje je poboljšanje čvrstoće i tvrdoće legure bakra kroz plastičnu deformaciju. To je jedna od najčešće korištenih metoda ojačanja legure bakra. Budući da defekti kristala koji nastaju hladnom obradom imaju mali utjecaj na provodljivost materijala, ova metoda ojačanja poboljšava čvrstoću, a istovremeno čini leguru visoko provodljivom. Karakteristika deformacijskog ojačanja je da dok se čvrstoća materijala povećava, njegova plastičnost se brzo smanjuje, a električna provodljivost će se također blago smanjiti zbog povećanja gustoće dislokacija. Osim toga, kada se radna temperatura poveća, materijal će proći procese oporavka i rekristalizacije i omekšati, a jednostruko deformacijsko ojačanje može samo u ograničenoj mjeri povećati čvrstoću legure, pa se često koristi zajedno s drugim metodama ojačanja.
2. Jačanje finih zrna
Ojačanje finih zrna je korištenje brzih mjera očvršćavanja ili metoda termičke obrade kako bi se dobila fina zrna tokom livenja. Određeni elementi legure u tragovima također se mogu dodati da se oplemene zrna. Smanjuje se veličina zrna, povećava se čvrstoća legure i malo utiče na električnu provodljivost legure. Stoga je finozrnasto ojačanje postalo jedna od glavnih metoda ojačanja legura bakra. Izvanredna prednost finozrnastog ojačanja je u tome što može poboljšati plastičnost materijala uz poboljšanje čvrstoće materijala. To je zato što nakon rafiniranja zrna, koncentracija naprezanja uzrokovana akumulacijom dislokacija na granici zrna kada se materijal deformira može se učinkovito ublažiti, odgađajući nastanak pukotina, a veća količina deformacije može se postići prije loma materijala. Rafiniranje zrna se široko koristi zbog ove prednosti.
3. Ojačanje čvrstim rastvorom
Fenomen povećanja čvrstoće i tvrdoće metala ugradnjom određenih otopljenih elemenata u čvrstu otopinu naziva se jačanje čvrstog rastvora. Jačanje čvrstog rastvora nastaje jer otapanje atoma otopljene supstance izaziva izobličenje u kristalnoj rešetki metala otapala, čime se povećava otpor kretanju dislokacija. Praksa je dokazala da pravilna kontrola sadržaja otopljene tvari u čvrstoj otopini može značajno poboljšati čvrstoću i tvrdoću materijala uz istovremeno održavanje dobre plastičnosti i žilavosti. Na primjer: dodavanjem 19% nikla bakru može se povećati fib legure sa 220MPa na 380~400MPa, i tvrdoća sa HB44 na HB70, dok plastičnost i dalje održava ψ=50%. Ako bi bakar postigao isti efekat jačanja na druge načine (kao što je kaljenje tokom hladne deformacije), njegova plastičnost bi bila skoro potpuno izgubljena. Jačanje čvrstom otopinom je metoda ojačanja koja koristi interakciju između atoma otopljene tvari i pokretnih dislokacija u čvrstoj otopini da izazove povećanje napona protoka. Dodavanjem odgovarajuće količine legirajućih elemenata u bazu kako bi se formirala čvrsta otopina, čvrstoća legure će općenito biti poboljšana. Prema Mott-Nabbaro teoriji, za tanke čvrste otopine, promjena granice tečenja sa koncentracijom otopljenih elemenata može se izraziti kao: b=bo+kCm. U formuli, b je granica tečenja legure; bo je granica tečenja čistog metala; C je koncentracija atomske mase otopljene tvari; k i m su konstante određene osobinama matrice i elemenata legure, gdje je vrijednost m između 0,5 i 1.
4. Starenje padavina (padavina) jačanje
Osnovni princip jačanja precipitacije je dodavanje legirajućih elemenata u bakar koji imaju vrlo malu rastvorljivost čvrste supstance na sobnoj temperaturi i veliku rastvorljivost čvrste supstance na visokim temperaturama. Kroz visokotemperaturnu obradu čvrstog rastvora, legirajući elementi formiraju prezasićenu čvrstu otopinu u bazi. Ova snaga je poboljšana u poređenju sa čistim bakrom. Zatim se starenjem, prezasićeni čvrsti rastvor raspada, elementi legure talože se u određenom obliku, te se raspršuju i raspoređuju u bazi da bi se formirala taložna faza. Precipitirana faza može efikasno spriječiti pomicanje granica zrna i dislokacija, čime se značajno poboljšava čvrstoća legure. Legirajući elementi koji proizvode taložno ojačanje treba da ispunjavaju sledeća dva uslova: prvo, rastvorljivost čvrste supstance u bakru na visokim i niskim temperaturama je prilično različita, tako da se tokom starenja može proizvesti dovoljno faza ojačanja; drugo, rastvorljivost čvrste materije u bakru na sobnoj temperaturi je veoma različita. Rastvorljivost je izuzetno mala da bi se osigurala visoka provodljivost matrice. Precipitacijsko ojačanje je najčešće korištena metoda ojačanja u legurama bakra visoke čvrstoće i visoke vodljivosti. U legurama bakra, da bi se postigao efekat taloženja starenjem, dodani elementi uključuju Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe, itd. Najveća prednost taložnog ojačanja starenjem je u tome što poboljšava čvrstoću materijala dok minimizira oštećenje električne provodljivosti.
5. Povećanje difuzije
Disperzijsko ojačanje je materijal koji se priprema metalurgijom praha i drugim metodama nakon potpunog miješanja praha disperzionog ojačavanja određenog oblika i veličine s bakrenim prahom. Čestice druge faze (Al2O3, ThO2, Zro2, itd.) se raspršuju i distribuiraju u bakrenoj matrici, a čvrstoća legure bakra se poboljšava zahvaljujući efektu disperzijskog ojačavanja. Ova metoda ima mali utjecaj na električnu i toplinsku provodljivost bakra, a istovremeno poboljšava čvrstoću. Da bi se dobile dispergirano raspoređene čestice druge faze u bakrenoj matrici, može se smatrati da se čestice druge faze dodaju bakrenoj matrici ili da se raspršeno raspoređene čestice druge faze generišu in situ u bakrenoj matrici kroz određeni proces. Specifične metode uključuju: mehaničku metodu miješanja, metodu koprecipitacije, metodu interne oksidacije, metodu reverzne gel precipitacije, metodu elektrolitičke precipitacije, itd. Glavni mehanizmi disperzijskog ojačanja uključuju Olowan mehanizam i Ansel-Lenier mehanizam.
(1) Orowan mehanizam. Prilikom plastične deformacije, dislokacija linija ne može direktno presjeći česticu druge faze, ali pod djelovanjem vanjske sile, dislokacijska linija se može savijati oko čestice druge faze, a na kraju se dislokacijski prsten ostavlja oko čestice druge faze i popušta . Pogrešan pas. Savijanje dislokacija će povećati energiju izobličenja rešetke u području zahvaćenom dislokacijom, što povećava otpor kretanju dislokacijskih linija i povećava otpor klizanja.
(2) (2) Ansel-Lenier mehanizam. GS Ansell et al. predložio drugi model dislokacije za popuštanje legura ojačanih disperzijom. Oni su koristili lom dispergovanih čestica druge faze usled akumulacije dislokacija kao kriterijum za prinos. Kada je smični napon na česticama jednak naprezanju loma dispergiranih čestica, legura ojačana disperzijom popušta.
6. Vlakna in situ kompozitna armatura
Ova metoda se uglavnom odnosi na dodavanje viška legirajućih elemenata (Cr, Fe, V, Nb, itd.) bakru kako bi se dobio dvofazni kompozit. Višak elemenata postoji u očvrsnutoj leguri u obliku jednofazne i dendritske strukture. Nakon toga, legura se rasteže uz veliku deformaciju, tako da se dendritska struktura elemenata legure transformiše u strukturu vlakana. Prisutnost vlakana povećava otpornost na pomicanje dislokacije, čime se ojačava materijal.
7. Dodajte elemente u tragovima
Dodavanje određenih elemenata u tragovima bazi leguri ne samo da može ojačati leguru, već je i efikasno sredstvo za razvoj materijala otpornih na koroziju. Neki od ovih elemenata u tragovima jačaju leguru formiranjem dispergovanih faza, a neki pročišćavajući strukturu matrice, ali nijedan od njih značajno ne smanjuje njenu otpornost na koroziju, čime se poboljšavaju ukupne performanse legure.
