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 plastičnom deformacijom. 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 brzo opada, a električna provodljivost će se također blago smanjiti zbog povećanja gustoće dislokacija. Osim toga, kada se radna temperatura podigne, 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. Ojačanje 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 da može poboljšati plastičnost materijala uz poboljšanje čvrstoće materijala. To je zato što nakon rafiniranja zrna, koncentracija naprezanja uzrokovana akumulacijom dislokacija na granici zrna kada je materijal deformiran 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. Ojačanje čvrstog rastvora nastaje zato što otapanje atoma otopljene supstance izaziva distorziju 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: dodavanje 19% nikla bakru može povećati fib legure sa 220MPa na 380~400MPa, i tvrdoću 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 naprezanja 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 materije u bakru na visokim i niskim temperaturama je prilično različita, tako da se tokom starenja može proizvesti dovoljno faza ojačanja; drugo, rastvorljivost čvrste supstance 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, kako bi se postigao efekat taloženja starenjem, dodaju se elementi 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 faze za ojačavanje disperzije određenog oblika i veličine sa bakrenim prahom. Čestice druge faze (Al2O3, ThO2, Zro2, itd.) se raspršuju i raspoređuju u bakrenoj matrici, a čvrstoća legure bakra se poboljšava zahvaljujući efektu disperzijskog jačanja. 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 dispergirano raspoređene čestice druge faze generiraju 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, dislokacijskoj liniji ne može direktno presjeći drugu faznu česticu, 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. Kao kriterij prinosa koristili su lom dispergovanih čestica druge faze uslijed akumulacije dislokacija. 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 kompleks. 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.
