Analysera förstärkningsmetoderna för kopparlegeringsmaterial
De vanligaste förstärkningsmetoderna för koppar och kopparlegeringar inkluderar: deformationsförstärkning, finkornig förstärkning, fast lösningsförstärkning, åldersutfällning (utfällning) förstärkning, dispersionsförstärkning, förstärkning av kompositmaterial och tillsats av spårämnen.
1. Deformationsförstärkning
Deformationsförstärkning är att förbättra styrkan och hårdheten hos kopparlegeringen genom plastisk deformation. Det är en av de mest använda förstärkningsmetoderna för kopparlegering. Eftersom kristalldefekterna som produceras vid kallbearbetning har liten effekt på materialets ledningsförmåga, förbättrar denna förstärkningsmetod hållfastheten samtidigt som den gör legeringen mycket ledande. Kännetecknet för deformationsförstärkning är att medan hållfastheten hos materialet ökar, minskar dess plasticitet snabbt, och den elektriska ledningsförmågan kommer också att minska något på grund av ökningen av dislokationstätheten. Dessutom, när tjänstetemperaturen stiger, kommer materialet att genomgå återvinnings- och omkristallisationsprocesser och mjukna, och enkel deformationsförstärkning kan bara öka legeringens styrka i begränsad utsträckning, så det används ofta tillsammans med andra förstärkningsmetoder.
2. Finkornsförstärkning
Finkornsförstärkning är att använda snabba stelningsåtgärder eller värmebehandlingsmetoder för att få fina korn under gjutning. Vissa spårlegeringselement kan också läggas till för att förädla kornen. Kornstorleken minskas, legeringens styrka ökas och det har liten effekt på legeringens elektriska ledningsförmåga. Därför har finkornsförstärkning blivit en av de viktigaste förstärkningsmetoderna för kopparlegeringar. Den enastående fördelen med finkornig förstärkning är att den kan förbättra materialets plasticitet samtidigt som materialets styrka förbättras. Detta beror på att efter kornförfining kan spänningskoncentrationen orsakad av dislokationsackumulering vid korngränsen när materialet deformeras effektivt lindras, vilket fördröjer initieringen av sprickor, och en större mängd deformation kan uppnås innan materialet spricker. Spannmålsförfining används ofta på grund av denna fördel.
3. Förstärkning av fast lösning
Fenomenet att öka styrkan och hårdheten hos en metall genom att införliva vissa lösta element för att bilda en fast lösning kallas fast lösningsförstärkning. Förstärkning av fast lösning uppstår eftersom upplösningen av lösta atomer orsakar distorsion i kristallgittret hos lösningsmedelsmetallen, vilket ökar motståndet mot dislokationsrörelse. Praxis har visat att korrekt kontroll av innehållet av lösta ämnen i den fasta lösningen avsevärt kan förbättra styrkan och hårdheten hos materialet samtidigt som god plasticitet och seghet bibehålls. Till exempel: tillsats av 19 % nickel till koppar kan öka legeringens phib från 220MPa till 380~400MPa, och hårdheten från HB44 till HB70, medan plasticiteten fortfarande bibehåller ψ=50%. Om koppar skulle uppnå samma stärkande effekt på andra sätt (som arbetshärdning vid kall deformation) skulle dess plasticitet nästan helt förloras. Fast lösningsförstärkning är en förstärkningsmetod som använder interaktionen mellan lösta atomer och rörliga dislokationer i den fasta lösningen för att orsaka en ökning av flödesspänningen. Genom att tillsätta en lämplig mängd legeringselement till basen för att bilda en fast lösning, kommer legeringens styrka i allmänhet att förbättras. Enligt Mott-Nabbaro-teorin, för tunna fasta lösningar, kan förändringen i sträckgräns med koncentrationen av lösta element uttryckas som: б=бo+kCm. I formeln är б legeringens sträckgräns; bo är sträckgränsen för ren metall; C är koncentrationen av löst ämnes atommassa; k och m är konstanter som bestäms av egenskaperna hos matrisen och legeringselementen, där värdet på m är mellan 0,5 och 1.
4. Åldrande nederbörd (nederbörd) förstärkning
Grundprincipen för förstärkning av åldersutfällning är att tillsätta legeringsämnen till koppar som har en mycket liten fast löslighet vid rumstemperatur och en stor fast löslighet vid höga temperaturer. Genom högtemperaturbehandling av fast lösning bildar legeringselementen en övermättad fast lösning i basen. Detta Styrkan är förbättrad jämfört med ren koppar. Sedan genom åldring sönderdelas den övermättade fasta lösningen, legeringselementen fälls ut i en viss form och dispergeras och fördelas i basen för att bilda en fällningsfas. Den utfällda fasen kan effektivt förhindra förflyttning av korngränser och dislokationer och därigenom avsevärt förbättra legeringens styrka. De legeringsämnen som ger utfällningsförstärkning bör uppfylla följande två villkor: för det första är den fasta lösligheten i koppar vid höga och låga temperaturer helt olika, så att tillräckligt med förstärkningsfaser kan produceras under åldring; för det andra är den fasta lösligheten i koppar vid rumstemperatur mycket annorlunda. Lösligheten är extremt liten för att säkerställa hög konduktivitet hos matrisen. Nederbördsförstärkning är den mest använda förstärkningsmetoden i höghållfasta, högkonduktiva kopparlegeringar. I kopparlegeringar, för att åstadkomma den åldrande nederbördsförstärkande effekten, inkluderar de tillsatta elementen Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe, etc. Den största fördelen med åldrande nederbördsförstärkning är att den i hög grad förbättrar materialets hållfasthet samtidigt som skador på den elektriska ledningsförmågan minimeras.
5. Diffusionsförbättring
Dispersionsförstärkning är ett material framställt med pulvermetallurgi och andra metoder efter att ha blandat ett dispersionsförstärkande faspulver av en viss form och storlek med kopparpulver. Andra faspartiklarna (Al2O3, ThO2, Zro2, etc.) är dispergerade och fördelade i kopparmatrisen, och styrkan hos kopparlegeringen förbättras på grund av den dispersionsförstärkande effekten. Denna metod har liten inverkan på koppars elektriska och termiska ledningsförmåga samtidigt som den förbättrar styrkan. För att erhålla dispergerade andrafaspartiklar i kopparmatrisen kan det anses att andrafaspartiklar tillsätts till kopparmatrisen eller att dispergerade andrafaspartiklar genereras in situ i kopparmatrisen genom en viss process. De specifika metoderna inkluderar: mekanisk blandningsmetod, samfällningsmetod, intern oxidationsmetod, omvänd gelutfällningsmetod, elektrolytisk utfällningsmetod, etc. Huvudmekanismerna för dispersionsförstärkning inkluderar Olowan-mekanismen och Ansel-Lenier-mekanismen.
(1) Orowan-mekanism. Under plastisk deformation kan dislokationslinjen inte direkt skära genom andrafaspartikeln, men under inverkan av yttre kraft kan dislokationslinjen böjas runt andrafaspartikeln, och slutligen lämnas en dislokationsring runt andrafaspartikeln och ger vika . Fel pass. Böjningen av dislokationer kommer att öka gitterdistorsionsenergin i det dislokationspåverkade området, vilket ökar motståndet mot dislokationslinjers rörelse och ökar halkmotståndet.
(2) (2) Ansel-Lenier mekanism. GS Ansell et al. föreslagit en annan dislokationsmodell för att ge dispersionsförstärkta legeringar. De använde sprickan av dispergerade andrafaspartiklar på grund av dislokationsackumulering som kriterium för utbyte. När skjuvspänningen på partiklarna är lika med brottspänningen för de dispergerade partiklarna, ger den dispersionsförstärkta legeringen efter.
6. Fiber in-situ kompositförstärkning
Denna metod avser huvudsakligen tillsats av överskott av legeringselement (Cr, Fe, V, Nb, etc.) till koppar för att erhålla en tvåfaskomposit. Överskottselementen finns i den stelnade legeringen i form av en enfas och en dendritisk struktur. Därefter sträcks legeringen med en stor deformation, så att dendritiska strukturen hos legeringselementen omvandlas till en fiberstruktur. Närvaron av fibrer ökar motståndet mot dislokationsrörelser, vilket stärker materialet.
7. Lägg till spårämnen
Genom att lägga till vissa spårämnen till basen till legeringen kan det inte bara stärka legeringen utan är också ett effektivt sätt att utveckla korrosionsbeständiga material. Vissa av dessa spårämnen stärker legeringen genom att bilda dispergerade faser, och några genom att rena matrisstrukturen, men inget av dem minskar nämnvärt dess korrosionsbeständighet, vilket förbättrar legeringens totala prestanda.
