Analysoi kupariseosmateriaalien lujitusmenetelmiä
Yleisesti käytettyjä kuparin ja kupariseosten lujitusmenetelmiä ovat: muodonmuutosvahvistus, hienorakeinen lujittaminen, kiinteä liuosvahvistus, ikääntymisvahvistus (saostus), dispersiovahvistus, komposiittimateriaalin vahvistaminen ja hivenaineiden lisääminen.
1. Muodonmuutosten vahvistaminen
Muodonmuutosvahvistuksen tarkoituksena on parantaa kuparilejeeringin lujuutta ja kovuutta plastisen muodonmuutoksen avulla. Se on yksi yleisimmin käytetyistä kuparilejeeringin vahvistusmenetelmistä. Koska kylmämuokkauksella syntyvillä kidevaurioilla on vain vähän vaikutusta materiaalin johtavuuteen, tämä vahvistusmenetelmä parantaa lujuutta ja tekee seoksesta silti erittäin johtavan. Muodonmuutosvahvistukselle on ominaista, että materiaalin lujuuden kasvaessa sen plastisuus laskee nopeasti ja myös sähkönjohtavuus pienenee hieman dislokaatiotiheyden kasvaessa. Lisäksi käyttölämpötilan noustessa materiaali käy läpi palautumis- ja uudelleenkiteytysprosesseja ja pehmenee, ja yksittäinen muodonmuutosvahvistus voi lisätä seoksen lujuutta vain rajoitetusti, joten sitä käytetään usein yhdessä muiden vahvistusmenetelmien kanssa.
2. Hienojakoinen vahvistus
Hienorakeiden vahvistaminen on nopeiden jähmettymistoimenpiteiden tai lämpökäsittelymenetelmien käyttöä hienojen rakeiden saamiseksi valun aikana. Tiettyjä hivenseoselementtejä voidaan myös lisätä rakeiden jalostamiseksi. Raekoko pienenee, lejeeringin lujuus kasvaa, eikä sillä ole juurikaan vaikutusta lejeeringin sähkönjohtavuuteen. Siksi hienorakeisesta lujituksesta on tullut yksi tärkeimmistä kupariseosten lujitusmenetelmistä. Hienorakeisen lujituksen erinomainen etu on, että se voi parantaa materiaalin plastisuutta ja samalla parantaa materiaalin lujuutta. Tämä johtuu siitä, että raepuhdistuksen jälkeen voidaan tehokkaasti lievittää materiaalin muotoaan muuttaneen dislokaatiokertymän aiheuttamaa jännityskeskittymää raerajalle, mikä viivästyttää halkeamien alkamista, ja voidaan saavuttaa suurempi määrä muodonmuutosta ennen materiaalin murtumista. Tämän edun vuoksi viljan jalostusta käytetään laajalti.
3. Kiinteän liuoksen vahvistaminen
Ilmiötä, jossa metallin lujuutta ja kovuutta lisätään sisällyttämällä tiettyjä liuenneita alkuaineita kiinteän liuoksen muodostamiseksi, kutsutaan kiinteän liuoksen vahvistamiseksi. Kiinteän liuoksen vahvistuminen tapahtuu, koska liuenneiden atomien liukeneminen aiheuttaa vääristymiä liuotinmetallin kidehilassa, mikä lisää vastustuskykyä dislokaatioliikkeelle. Käytäntö on osoittanut, että kiinteän liuoksen liuenneen aineen pitoisuuden asianmukainen säätely voi merkittävästi parantaa materiaalin lujuutta ja kovuutta säilyttäen silti hyvän plastisuuden ja sitkeyden. Esimerkki: 19 % nikkelin lisääminen kupariin voi nostaa lejeeringin phib-arvoa 220MPa:sta 380–400 MPa:iin ja kovuutta HB44:stä HB70:een, samalla kun plastisuus säilyttää ψ=50%. Jos kupari saavuttaisi saman lujittavan vaikutuksen muilla keinoin (esim. kylmämuovauksen aikana työstökovettumalla), sen plastisuus katoaisi lähes kokonaan. Kiinteän liuoksen vahvistaminen on vahvistusmenetelmä, joka käyttää liuenneiden aineiden atomien ja liikkuvien dislokaatioiden välistä vuorovaikutusta kiinteässä liuoksessa aiheuttamaan virtausjännityksen lisääntymistä. Lisäämällä sopiva määrä seosaineita pohjaan kiinteän liuoksen muodostamiseksi, lejeeringin lujuus yleensä paranee. Mott-Nabbaron teorian mukaan ohuiden kiinteiden liuosten myötölajuuden muutos liuenneiden alkuaineiden pitoisuuden myötä voidaan ilmaista seuraavasti: б=бo+kCm. Kaavassa б on lejeeringin myötöraja; бo on puhtaan metallin myötöraja; C on liuenneen aineen atomimassapitoisuus; k ja m ovat vakioita, jotka määräytyvät matriisin ja seosalkuaineiden ominaisuuksien mukaan, jolloin m:n arvo on välillä 0,5-1.
4. Ikääntymisen sademäärä (sade) vahvistuminen
Ikäsaostuman lujittamisen perusperiaate on lisätä kupariin seosaineita, joilla on hyvin pieni kiintoaineliukoisuus huoneenlämpötilassa ja suuri kiintoaineliukoisuus korkeissa lämpötiloissa. Korkean lämpötilan kiinteän liuoksen käsittelyn ansiosta seosaineet muodostavat pohjaan ylikyllästyneen kiinteän liuoksen. Tämä Lujuus on parempi verrattuna puhtaaseen kupariin. Sitten vanhenemisen myötä ylikyllästynyt kiinteä liuos hajoaa, seosalkuaineet saostuvat tietyssä muodossa ja dispergoidaan ja jakautuvat pohjaan muodostaen saostusfaasin. Saostunut faasi voi tehokkaasti estää raerajojen ja sijoiltaan siirtymisen, mikä parantaa merkittävästi lejeeringin lujuutta. Saostusvahvistusta tuottavien seosaineiden tulee täyttää seuraavat kaksi ehtoa: ensinnäkin kiinteän kuparin liukoisuus korkeissa ja matalissa lämpötiloissa on varsin erilainen, jotta vanhenemisen aikana voidaan tuottaa riittävästi vahvistusvaiheita; toiseksi kiinteän aineen liukoisuus kupariin huoneenlämpötilassa on hyvin erilainen. Liukoisuus on erittäin pieni matriisin korkean johtavuuden varmistamiseksi. Saostusvahvistus on laajimmin käytetty lujitusmenetelmä lujissa, erittäin johtavissa kupariseoksissa. Kupariseoksiin ikääntymisen saostumista vahvistavan vaikutuksen aikaansaamiseksi lisättyjä elementtejä ovat Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe jne. Vanhenemisen saostusvahvistuksen suurin etu on, että se parantaa materiaalin lujuutta ja minimoi samalla sähkönjohtavuuden vaurioita.
5. Diffuusiotehostus
Dispersiovahvistus on materiaalia, joka valmistetaan jauhemetallurgialla ja muilla menetelmillä sen jälkeen, kun tietyn muotoinen ja kokoinen dispersiovahvistusfaasijauhe on täysin sekoitettu kuparijauheeseen. Toisen faasin hiukkaset (Al2O3, ThO2, Zro2 jne.) dispergoituvat ja jakautuvat kuparimatriisiin, ja kupariseoksen lujuus paranee dispersiota vahvistavan vaikutuksen ansiosta. Tällä menetelmällä on vähän vaikutusta kuparin sähkön ja lämmönjohtavuuteen samalla kun se parantaa lujuutta. Dispergoituneiden toisen faasin hiukkasten saamiseksi kuparimatriisiin voidaan ajatella, että kuparimatriisiin lisätään toisen faasin hiukkasia tai syntyy dispergoituneita toisen faasin hiukkasia in situ kuparimatriisissa tietyn prosessin kautta. Erityisiä menetelmiä ovat: mekaaninen sekoitusmenetelmä, yhteissaostusmenetelmä, sisäinen hapetusmenetelmä, käänteinen geelisaostusmenetelmä, elektrolyyttinen saostusmenetelmä jne. Dispersion vahvistamisen päämekanismeja ovat Olowan-mekanismi ja Ansel-Lenier-mekanismi.
(1) Orowan-mekanismi. Muovisen muodonmuutoksen aikana dislokaatioviiva ei voi leikata suoraan toisen faasin hiukkasen läpi, mutta ulkoisen voiman vaikutuksesta dislokaatioviiva voi taipua toisen vaiheen hiukkasen ympärille ja lopulta dislokaatiorengas jää toisen vaiheen hiukkasen ympärille ja antaa periksi. . Väärä syöttö. Dislokaatioiden taipuminen lisää hilan vääristymäenergiaa dislokaatiovaikutusalueella, mikä lisää vastustusta dislokaatiolinjojen liikkeelle ja lisää liukastumisen vastusta.
(2) (2) Ansel-Lenier-mekanismi. GS Ansell et ai. ehdotti toista dislokaatiomallia dispersiovahvistettujen metalliseosten myöhentämiseksi. He käyttivät dislokaatioiden kertymisestä johtuvaa dislokaatioiden kertymisestä johtuvaa dispergoituneiden toisen faasin hiukkasten murtumista saannon kriteerinä. Kun hiukkasiin kohdistuva leikkausjännitys on yhtä suuri kuin dispergoituneiden hiukkasten murtumajännitys, dispersiovahvistettu metalliseos tuottaa.
6. Fiber in situ -komposiittivahvistus
Tämä menetelmä viittaa pääasiassa seosaineiden (Cr, Fe, V, Nb jne.) lisäämiseen kupariin kaksifaasisen kompleksin saamiseksi. Ylimääräiset alkuaineet esiintyvät jähmettyneessä lejeeringissä yhden faasin ja dendriittirakenteen muodossa. Sen jälkeen metalliseos venytetään suurella muodonmuutoksella, jolloin seoselementtien dendriittirakenne muuttuu kuiturakenteeksi. Kuitujen läsnäolo lisää vastustuskykyä sijoiltaan siirtymiselle, mikä vahvistaa materiaalia.
7. Lisää hivenaineita
Tiettyjen hivenaineiden lisääminen pohjaan seostettavaan seokseen ei voi ainoastaan vahvistaa seosta, vaan se on myös tehokas tapa kehittää korroosionkestäviä materiaaleja. Jotkut näistä hivenaineista vahvistavat metalliseosta muodostamalla dispergoituja faaseja ja jotkut puhdistamalla matriisirakennetta, mutta mikään niistä ei merkittävästi vähennä sen korroosionkestävyyttä, mikä parantaa lejeeringin yleistä suorituskykyä.
