Analyser forstærkningsmetoderne for kobberlegeringsmaterialer
De almindeligt anvendte forstærkningsmetoder til kobber og kobberlegeringer omfatter: deformationsforstærkning, finkornsforstærkning, forstærkning af fast opløsning, forstærkning af aldersudfældning (udfældning), spredningsforstærkning, forstærkning af kompositmaterialer og tilsætning af sporstoffer.
1. Deformationsforstærkning
Deformationsforstærkning er at forbedre styrken og hårdheden af kobberlegering gennem plastisk deformation. Det er en af de mest almindeligt anvendte forstærkningsmetoder til kobberlegering. Da krystaldefekterne produceret ved koldbearbejdning har ringe effekt på materialets ledningsevne, forbedrer denne forstærkningsmetode styrken, mens den stadig gør legeringen meget ledende. Det karakteristiske ved deformationsforstærkning er, at mens styrken af materialet øges, falder dets plasticitet hurtigt, og den elektriske ledningsevne vil også falde lidt på grund af stigningen i dislokationstætheden. Når driftstemperaturen stiger, vil materialet desuden gennemgå genvindings- og omkrystallisationsprocesser og blødgøres, og en enkelt deformationsforstærkning kan kun øge legeringens styrke i begrænset omfang, så den bruges ofte sammen med andre forstærkningsmetoder.
2. Finkornsforstærkning
Finkornsforstærkning er at bruge hurtige størkningsforanstaltninger eller varmebehandlingsmetoder for at opnå fine korn under støbning. Visse sporlegeringselementer kan også tilføjes for at forfine kornene. Kornstørrelsen reduceres, legeringens styrke øges, og det har ringe effekt på legeringens elektriske ledningsevne. Derfor er finkornsforstærkning blevet en af de vigtigste forstærkningsmetoder for kobberlegeringer. Den enestående fordel ved finkornet forstærkning er, at det kan forbedre materialets plasticitet og samtidig forbedre materialets styrke. Dette skyldes, at efter kornforfining kan spændingskoncentrationen forårsaget af dislokationsakkumulering ved korngrænsen, når materialet er deformeret, effektivt afhjælpes, hvilket forsinker initieringen af revner, og en større mængde deformation kan opnås, før materialet brækker. Kornforfining er meget brugt på grund af denne fordel.
3. Forstærkning af fast opløsning
Fænomenet med at øge styrken og hårdheden af et metal ved at inkorporere visse opløste elementer for at danne en fast opløsning kaldes forstærkning af fast opløsning. Forstærkning af fast opløsning sker, fordi opløsningen af opløste atomer forårsager forvrængning i krystalgitteret af opløsningsmiddelmetallet, hvorved modstanden mod dislokationsbevægelser øges. Praksis har vist, at korrekt kontrol af indholdet af opløste stoffer i den faste opløsning betydeligt kan forbedre styrken og hårdheden af materialet, samtidig med at god plasticitet og sejhed bevares. For eksempel: tilsætning af 19 % nikkel til kobber kan øge legeringens phib fra 220MPa til 380~400MPa, og hårdheden fra HB44 til HB70, mens plasticiteten stadig holder ψ=50%. Hvis kobber skulle opnå den samme forstærkende effekt på andre måder (såsom arbejdshærdning under kold deformation), ville dets plasticitet være næsten fuldstændig tabt. Fast opløsningsforstærkning er en forstærkningsmetode, der bruger interaktionen mellem opløste atomer og bevægelige dislokationer i den faste opløsning til at forårsage en stigning i strømningsstress. Ved at tilføje en passende mængde legeringselementer til basen for at danne en fast opløsning, vil legeringens styrke generelt blive forbedret. Ifølge Mott-Nabbaro teorien, for tynde faste opløsninger, kan ændringen i flydespænding med koncentrationen af opløste elementer udtrykkes som: б=бo+kCm. I formlen er б legeringens flydespænding; bo er flydespændingen for rent metal; C er den opløste atommassekoncentration; k og m er konstanter bestemt af egenskaberne af matrix- og legeringselementerne, hvor værdien af m er mellem 0,5 og 1.
4. Ældrende nedbør (nedbør) styrkelse
Grundprincippet for styrkelse af aldersudfældning er at tilsætte legeringselementer til kobber, der har en meget lille faststofopløselighed ved stuetemperatur og stor faststofopløselighed ved høje temperaturer. Gennem højtemperaturbehandling af fast opløsning danner legeringselementerne en overmættet fast opløsning i bunden. Dette Styrken er forbedret sammenlignet med rent kobber. Derefter gennem ældning nedbrydes den overmættede faste opløsning, legeringselementerne udfældes i en bestemt form og dispergeres og fordeles i basen for at danne en udfældningsfase. Den udfældede fase kan effektivt forhindre bevægelse af korngrænser og dislokationer og derved i høj grad forbedre legeringens styrke. De legeringselementer, der frembringer udfældningsforstærkning, bør opfylde følgende to betingelser: For det første er den faste opløselighed i kobber ved høje og lave temperaturer ret forskellig, således at der kan produceres tilstrækkelige forstærkningsfaser under ældning; for det andet er faststofopløseligheden i kobber ved stuetemperatur meget forskellig. Opløseligheden er ekstremt lille for at sikre høj ledningsevne af matrixen. Udfældningsforstærkning er den mest udbredte forstærkningsmetode i kobberlegeringer med høj styrke og høj ledningsevne. I kobberlegeringer, for at frembringe den ældningsudfældningsforstærkende effekt, omfatter de tilsatte elementer Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe osv. Den største fordel ved forstærkning af ældningsudfældning er, at det i høj grad forbedrer materialets styrke og minimerer samtidig skade på den elektriske ledningsevne.
5. Diffusionsforbedring
Dispersionsforstærkning er et materiale fremstillet ved pulvermetallurgi og andre metoder efter fuldstændig blanding af et dispersionsforstærkende fasepulver af en bestemt form og størrelse med kobberpulver. Anden fase partikler (Al2O3, ThO2, Zro2 osv.) er dispergeret og fordelt i kobbermatrixen, og styrken af kobberlegeringen forbedres på grund af den dispersionsforstærkende effekt. Denne metode har ringe indflydelse på kobbers elektriske og termiske ledningsevne, mens den forbedrer styrken. For at opnå dispergeret fordelte andenfasepartikler i kobbermatrixen kan det overvejes, at andenfasepartikler tilsættes til kobbermatricen, eller at dispergeret fordelte andenfasepartikler genereres in situ i kobbermatrixen gennem en bestemt proces. De specifikke metoder omfatter: mekanisk blandingsmetode, co-udfældningsmetode, intern oxidationsmetode, omvendt geludfældningsmetode, elektrolytisk udfældningsmetode, etc. De vigtigste mekanismer for dispersionsstyrkelse omfatter Olowan-mekanisme og Ansel-Lenier-mekanisme.
(1) Orowan-mekanisme. Under plastisk deformation kan dislokationslinjen ikke direkte skære gennem den anden fase partikel, men under påvirkning af ydre kraft kan dislokationslinjen bøje rundt om den anden fase partikel, og til sidst efterlades en dislokationsring rundt om den anden fase partikel og giver efter. . Forkert aflevering. Bøjningen af dislokationer vil øge gitterforvrængningsenergien i det dislokationspåvirkede område, hvilket øger modstanden mod bevægelse af dislokationslinjer og øger skridsikkerheden.
(2) (2) Ansel-Lenier mekanisme. GS Ansell et al. foreslået en anden dislokationsmodel for udbyttet af dispersionsforstærkede legeringer. De brugte bruddet af dispergerede andenfasepartikler på grund af dislokationsakkumulering som kriteriet for udbytte. Når forskydningsspændingen på partiklerne er lig med brudspændingen af de dispergerede partikler, giver den dispersionsforstærkede legering efter.
6. Fiber in-situ kompositforstærkning
Denne metode refererer hovedsageligt til at tilføje overskydende legeringselementer (Cr, Fe, V, Nb osv.) til kobber for at opnå et tofaset kompleks. De overskydende elementer findes i den størknede legering i form af en enkelt fase og en dendritisk struktur. Derefter strækkes legeringen med en stor deformation, så den dendritiske struktur af legeringselementerne omdannes til en fiberstruktur. Tilstedeværelsen af fibre øger modstanden mod dislokationsbevægelser og styrker derved materialet.
7. Tilføj sporstoffer
Tilføjelse af visse sporstoffer til basen til legeringen kan ikke kun styrke legeringen, men er også et effektivt middel til at udvikle korrosionsbestandige materialer. Nogle af disse sporelementer styrker legeringen ved at danne dispergerede faser, og nogle ved at rense matrixstrukturen, men ingen af dem reducerer dens korrosionsbestandighed væsentligt og forbedrer derved legeringens samlede ydeevne.
