วิเคราะห์วิธีการเสริมกำลังของวัสดุโลหะผสมทองแดง

วิเคราะห์วิธีการเสริมกำลังของวัสดุโลหะผสมทองแดง

วิธีการเสริมความแข็งแกร่งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโลหะผสมทองแดงและทองแดง ได้แก่: การเสริมความแข็งแกร่งของการเปลี่ยนรูป, การเสริมความแข็งแกร่งของเมล็ดละเอียด, การเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายของแข็ง, การเสริมความแข็งแกร่งของการตกตะกอนตามอายุ (การตกตะกอน), การเสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว, การเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุคอมโพสิต และการเพิ่มองค์ประกอบการติดตาม

1. การเสริมสร้างความเข้มแข็ง

การเสริมความแข็งแกร่งให้กับการเปลี่ยนรูปคือการปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของโลหะผสมทองแดงผ่านการเสียรูปแบบพลาสติก เป็นหนึ่งในวิธีการเสริมความแข็งแกร่งของโลหะผสมทองแดงที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากข้อบกพร่องของคริสตัลที่เกิดจากการทำงานเย็นมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการนำไฟฟ้าของวัสดุ วิธีการเสริมความแข็งแกร่งนี้จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงในขณะที่ยังคงทำให้โลหะผสมมีความนำไฟฟ้าสูง คุณลักษณะของการเสริมความแข็งแกร่งของการเสียรูปคือในขณะที่ความแข็งแรงของวัสดุเพิ่มขึ้น ความเป็นพลาสติกของมันจะลดลงอย่างรวดเร็ว และค่าการนำไฟฟ้าก็จะลดลงเล็กน้อยเนื่องจากความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ เมื่ออุณหภูมิใช้งานสูงขึ้น วัสดุจะเข้าสู่กระบวนการนำกลับคืนและกระบวนการตกผลึกซ้ำ และอ่อนตัวลง และการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการเปลี่ยนรูปเพียงครั้งเดียวจะสามารถเพิ่มความแข็งแรงของโลหะผสมได้ในระดับที่จำกัดเท่านั้น ดังนั้นจึงมักใช้ร่วมกับวิธีการเสริมความแข็งแกร่งอื่น ๆ

2. การเสริมเกรนละเอียด

การเสริมเกรนละเอียดคือการใช้มาตรการแข็งตัวอย่างรวดเร็วหรือวิธีการให้ความร้อนเพื่อให้ได้เกรนละเอียดในระหว่างการหล่อ ธาตุโลหะผสมบางชนิดสามารถเติมเข้าไปเพื่อปรับแต่งเกรนได้ ขนาดเกรนลดลง ความแข็งแรงของโลหะผสมเพิ่มขึ้น และมีผลเพียงเล็กน้อยต่อค่าการนำไฟฟ้าของโลหะผสม ดังนั้นการเสริมเกรนละเอียดจึงกลายเป็นวิธีการเสริมกำลังหลักวิธีหนึ่งสำหรับโลหะผสมทองแดง ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของการเสริมความแข็งแกร่งของเม็ดละเอียดคือสามารถปรับปรุงความเป็นพลาสติกของวัสดุในขณะที่ปรับปรุงความแข็งแรงของวัสดุ เนื่องจากหลังจากการปรับปรุงเกรนแล้ว ความเข้มข้นของความเครียดที่เกิดจากการสะสมความคลาดเคลื่อนที่ขอบเขตเกรนเมื่อวัสดุถูกเปลี่ยนรูปสามารถบรรเทาลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชะลอการเกิดรอยแตกร้าว และเกิดการเสียรูปในปริมาณที่มากขึ้นก่อนที่วัสดุจะแตกหัก การปรับแต่งเกรนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากข้อดีนี้

3. การเสริมสร้างสารละลายที่เป็นของแข็ง

ปรากฏการณ์ของการเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของโลหะโดยการนำองค์ประกอบของตัวถูกละลายบางอย่างมารวมกันจนเกิดเป็นสารละลายของแข็ง เรียกว่า การเสริมกำลังสารละลายของแข็ง การเสริมสารละลายที่เป็นของแข็งเกิดขึ้นเนื่องจากการละลายของอะตอมของตัวถูกละลายทำให้เกิดการบิดเบี้ยวในโครงผลึกของโลหะตัวทำละลาย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าการควบคุมปริมาณตัวถูกละลายในสารละลายของแข็งอย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุได้อย่างมาก ในขณะที่ยังคงรักษาความเป็นพลาสติกและความเหนียวที่ดีไว้ได้ ตัวอย่างเช่น: การเติมนิกเกิล 19% ลงในทองแดงสามารถเพิ่ม phib ของโลหะผสมจาก 220MPa เป็น 380~400MPa และความแข็งจาก HB44 เป็น HB70 ในขณะที่ความเป็นพลาสติกยังคงรักษา ψ=50% ไว้ หากทองแดงได้รับผลการเสริมความแข็งแกร่งแบบเดียวกันด้วยวิธีอื่น (เช่น การชุบแข็งในระหว่างการเปลี่ยนรูปเย็น) ความเป็นพลาสติกของทองแดงก็จะหายไปเกือบหมด การเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็งเป็นวิธีการเสริมกำลังที่ใช้อันตรกิริยาระหว่างอะตอมของตัวถูกละลายและการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ในสารละลายที่เป็นของแข็งเพื่อทำให้เกิดความเครียดในการไหลเพิ่มขึ้น โดยการเติมองค์ประกอบอัลลอยด์ในปริมาณที่เหมาะสมลงในฐานเพื่อสร้างสารละลายที่เป็นของแข็ง ความแข็งแรงของโลหะผสมโดยทั่วไปจะดีขึ้น ตามทฤษฎีมอตต์-นับบาโร สำหรับสารละลายของแข็งบาง การเปลี่ยนแปลงในความแข็งแรงของผลผลิตพร้อมกับความเข้มข้นของธาตุตัวถูกละลายสามารถแสดงเป็น: б=бo+kCm ในสูตร б คือความแข็งแรงของผลผลิตโลหะผสม бoคือความแข็งแรงของผลผลิตของโลหะบริสุทธิ์ C คือความเข้มข้นของมวลอะตอมของตัวถูกละลาย k และ m เป็นค่าคงที่ที่กำหนดโดยคุณสมบัติของเมทริกซ์และองค์ประกอบโลหะผสม โดยค่าของ m อยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 1

4. ชะลอวัย (precipitation) เสริมสร้างความเข้มแข็ง

หลักการพื้นฐานของการเสริมการตกตะกอนตามอายุคือการเติมธาตุผสมลงในทองแดงซึ่งมีความสามารถในการละลายของแข็งได้น้อยมากที่อุณหภูมิห้องและมีความสามารถในการละลายของแข็งได้มากที่อุณหภูมิสูง ด้วยการบำบัดสารละลายของแข็งที่อุณหภูมิสูง องค์ประกอบอัลลอยด์จะก่อตัวเป็นสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยวดยิ่งในฐาน ความแข็งแรงนี้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับทองแดงบริสุทธิ์ จากนั้นเมื่อผ่านอายุ สารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดจะสลายตัว องค์ประกอบของโลหะผสมจะตกตะกอนในรูปแบบที่แน่นอน และกระจายตัวและกระจายอยู่ในฐานเพื่อสร้างระยะการตกตะกอน ระยะตกตะกอนสามารถป้องกันการเคลื่อนตัวของขอบเขตของเกรนและการเคลื่อนตัวของเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะผสมได้อย่างมาก องค์ประกอบโลหะผสมที่ทำให้เกิดการตกตะกอนเพิ่มขึ้นควรเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการต่อไปนี้ ประการแรก ความสามารถในการละลายของของแข็งในทองแดงที่อุณหภูมิสูงและต่ำจะแตกต่างกันมาก เพื่อให้สามารถผลิตขั้นตอนการเสริมความแข็งที่เพียงพอในระหว่างอายุ ประการที่สอง ความสามารถในการละลายของแข็งในทองแดงที่อุณหภูมิห้องแตกต่างกันมาก ความสามารถในการละลายมีน้อยมากเพื่อให้แน่ใจว่าเมทริกซ์มีค่าการนำไฟฟ้าสูง การเสริมแรงด้วยการตกตะกอนเป็นวิธีเสริมความแข็งแรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะผสมทองแดงที่มีความแข็งแรงสูงและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง ในโลหะผสมทองแดง เพื่อสร้างเอฟเฟกต์การตกตะกอนตามอายุ องค์ประกอบที่เพิ่มเข้าไป ได้แก่ Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe ฯลฯ ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการเสริมการตกตะกอนตามอายุก็คือ มันอย่างมาก ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุพร้อมทั้งลดความเสียหายต่อการนำไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด

5. การเพิ่มประสิทธิภาพการแพร่กระจาย

การเสริมการกระจายตัวเป็นวัสดุที่เตรียมโดยผงโลหะและวิธีการอื่นหลังจากผสมผงระยะการเสริมการกระจายตัวที่มีรูปร่างและขนาดที่แน่นอนกับผงทองแดงจนหมด อนุภาคระยะที่สอง (Al2O3, ThO2, Zro2 ฯลฯ) จะถูกกระจายและกระจายอยู่ในเมทริกซ์ทองแดง และความแข็งแรงของโลหะผสมทองแดงได้รับการปรับปรุงเนื่องจากผลการเสริมการกระจายตัวให้แข็งแกร่งขึ้น วิธีนี้มีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการนำไฟฟ้าและความร้อนของทองแดงในขณะที่เพิ่มความแข็งแรง เพื่อให้ได้อนุภาคเฟสที่สองที่กระจายอย่างกระจายในเมทริกซ์ทองแดง ถือได้ว่าอนุภาคเฟสที่สองถูกเพิ่มลงในเมทริกซ์ทองแดง หรืออนุภาคเฟสที่สองที่กระจายอย่างกระจายจะถูกสร้างขึ้นในแหล่งกำเนิดในเมทริกซ์ทองแดงผ่านกระบวนการบางอย่าง วิธีการเฉพาะ ได้แก่: วิธีการผสมเชิงกล วิธีการตกตะกอนร่วม วิธีออกซิเดชันภายใน วิธีการตกตะกอนเจลแบบย้อนกลับ วิธีการตกตะกอนด้วยไฟฟ้า ฯลฯ กลไกหลักของการเสริมสร้างการกระจายตัว ได้แก่ กลไก Olowan และกลไก Ansel-Lenier

(1) กลไกออโรวัน ในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก เส้นความคลาดเคลื่อนไม่สามารถตัดผ่านอนุภาคเฟสที่สองได้โดยตรง แต่ภายใต้การกระทำของแรงภายนอก เส้นความคลาดเคลื่อนสามารถโค้งงอรอบอนุภาคเฟสที่สอง และในที่สุด วงแหวนความคลาดเคลื่อนจะเหลืออยู่รอบอนุภาคเฟสที่สองและให้ทาง . ผ่านผิด. การโค้งงอของการเคลื่อนที่จะเพิ่มพลังงานการบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนที่ ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของเส้นการเคลื่อนที่และเพิ่มความต้านทานการลื่น

(2) (2) กลไกแอนเซล-เลเนียร์ GS Ansell และคณะ เสนอแบบจำลองการเคลื่อนที่อีกแบบหนึ่งสำหรับการให้ผลผลิตของโลหะผสมที่เสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัว พวกเขาใช้การแตกหักของอนุภาคระยะที่สองที่กระจายตัวเนื่องจากการสะสมความคลาดเคลื่อนเป็นเกณฑ์สำหรับผลผลิต เมื่อความเค้นเฉือนบนอนุภาคเท่ากับความเค้นแตกหักของอนุภาคที่กระจัดกระจาย โลหะผสมที่เสริมการกระจายตัวจะให้ผลผลิต

6. การเสริมแรงคอมโพสิตไฟเบอร์ในแหล่งกำเนิด

วิธีการนี้ส่วนใหญ่หมายถึงการเติมธาตุโลหะผสมส่วนเกิน (Cr, Fe, V, Nb ฯลฯ) ลงในทองแดงเพื่อให้ได้สารเชิงซ้อนสองเฟส องค์ประกอบส่วนเกินมีอยู่ในโลหะผสมที่แข็งตัวแล้วในรูปแบบของเฟสเดียวและโครงสร้างเดนไดรต์ หลังจากนั้นโลหะผสมจะถูกยืดออกโดยมีการเสียรูปมาก ดังนั้นโครงสร้างเดนไดรต์ขององค์ประกอบโลหะผสมจึงถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างไฟเบอร์ การปรากฏตัวของเส้นใยช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุ

7. เพิ่มองค์ประกอบการติดตาม

การเพิ่มธาตุบางชนิดลงในฐานของโลหะผสม ไม่เพียงแต่ทำให้โลหะผสมแข็งแรงขึ้นเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนอีกด้วย ธาตุเหล่านี้บางส่วนเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมโดยการสร้างเฟสที่กระจายตัว และบางส่วนโดยการทำให้โครงสร้างเมทริกซ์บริสุทธิ์ แต่ไม่มีองค์ประกอบใดที่สามารถลดความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมีนัยสำคัญ จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของโลหะผสม