Анализирати методе ојачања материјала од легура бакра
Најчешће коришћене методе ојачања за бакар и легуре бакра укључују: деформационо ојачање, ојачање финим зрном, ојачање чврстим раствором, ојачање старењем (преципитацијом), ојачање дисперзијом, ојачање композитног материјала и додавање елемената у траговима.
1. Деформационо јачање
Деформационо јачање је побољшање чврстоће и тврдоће легуре бакра кроз пластичну деформацију. То је једна од најчешће коришћених метода ојачања легуре бакра. Пошто дефекти кристала произведени хладном обрадом имају мали утицај на проводљивост материјала, овај метод ојачања побољшава чврстоћу, а истовремено чини легуру високо проводљивом. Карактеристика деформационог ојачања је да док се чврстоћа материјала повећава, његова пластичност се брзо смањује, а електрична проводљивост ће се такође благо смањити због повећања густине дислокације. Поред тога, када се радна температура повећа, материјал ће се подвргнути процесима опоравка и рекристализације и омекшати, а једноструко деформационо јачање може само у ограниченој мери повећати чврстоћу легуре, тако да се често користи заједно са другим методама ојачања.
2. Јачање финог зрна
Јачање финог зрна је коришћење брзих мера очвршћавања или метода термичке обраде да би се добила фина зрна током ливења. Одређени елементи легуре у траговима се такође могу додати за рафинисање зрна. Смањује се величина зрна, повећава се чврстоћа легуре и мало утиче на електричну проводљивост легуре. Због тога је ојачање финог зрна постала једна од главних метода ојачања легура бакра. Изванредна предност финозрнастог ојачања је у томе што може побољшати пластичност материјала уз побољшање чврстоће материјала. То је зато што након рафинирања зрна, концентрација напрезања узрокована акумулацијом дислокација на граници зрна када је материјал деформисан може се ефикасно ублажити, одлажући настанак пукотина, а већа количина деформације се може постићи пре лома материјала. Рафинирање зрна се широко користи због ове предности.
3. Јачање чврстог раствора
Феномен повећања чврстоће и тврдоће метала уградњом одређених растворених елемената да би се формирао чврсти раствор назива се јачање чврстог раствора. Јачање чврстог раствора настаје зато што растварање атома растворених материја изазива дисторзију у кристалној решетки метала растварача, чиме се повећава отпор кретању дислокација. Пракса је доказала да правилна контрола садржаја растворених материја у чврстом раствору може значајно побољшати чврстоћу и тврдоћу материјала уз истовремено одржавање добре пластичности и жилавости. На пример: додавање 19% никла бакру може повећати фиб легуре са 220МПа на 380~400МПа, и тврдоћу са ХБ44 на ХБ70, док пластичност и даље одржава ψ=50%. Ако би бакар постигао исти ефекат јачања на друге начине (као што је каљење током хладне деформације), његова пластичност би била скоро потпуно изгубљена. Јачање чврстим раствором је метода јачања која користи интеракцију између атома растворених материја и покретних дислокација у чврстом раствору да изазове повећање напона протока. Додавањем одговарајуће количине легирајућих елемената у базу како би се формирао чврсти раствор, чврстоћа легуре ће генерално бити побољшана. Према Мотт-Наббаро теорији, за танке чврсте растворе, промена границе течења са концентрацијом растворених елемената може се изразити као: б=бо+кЦм. У формули, б је граница течења легуре; бо је граница течења чистог метала; Ц је концентрација атомске масе растворене супстанце; к и м су константе одређене особинама матрице и елемената легуре, при чему је вредност м између 0,5 и 1.
4. Старење падавина (падавина) јачање
Основни принцип јачања падавина од старости је да се бакру додају легирајући елементи који имају веома малу растворљивост у чврстом стању на собној температури и велику растворљивост у чврстом стању на високим температурама. Обрадом високотемпературног чврстог раствора, легирајући елементи формирају презасићени чврсти раствор у бази. Ова снага је побољшана у поређењу са чистим бакром. Затим се старењем, презасићени чврсти раствор разлаже, елементи легуре се таложе у одређеном облику, распршују се и дистрибуирају у бази да би се формирала фаза преципитације. Преципитирана фаза може ефикасно спречити померање граница зрна и дислокација, чиме се значајно побољшава чврстоћа легуре. Легирајући елементи који производе преципитационо ојачање треба да испуњавају следећа два услова: прво, чврста растворљивост бакра на високим и ниским температурама је прилично различита, тако да се током старења може произвести довољно фаза ојачања; друго, чврста растворљивост бакра на собној температури је веома различита. Растворљивост је изузетно мала да би се обезбедила висока проводљивост матрице. Ојачање падавинама је најчешће коришћена метода ојачања у легурама бакра високе чврстоће и високе проводљивости. У легурама бакра, да би се постигао ефекат јачања падавина старењем, додани елементи укључују Ти, Цо, П, Ни, Си, Мг, Цр, Зр, Бе, Фе, итд. Највећа предност таложења старењем је у томе што побољшава чврстоћу материјала док минимизира оштећење електричне проводљивости.
5. Повећање дифузије
Ојачање дисперзије је материјал припремљен металургијом праха и другим методама након потпуног мешања праха фазе за ојачавање дисперзије одређеног облика и величине са бакарним прахом. Честице друге фазе (Ал2О3, ТхО2, Зро2 итд.) се распршују и распоређују у бакарној матрици, а јачина легуре бакра се побољшава због ефекта дисперзијског ојачавања. Ова метода има мали утицај на електричну и топлотну проводљивост бакра док побољшава снагу. Да би се добиле дисперговано распоређене честице друге фазе у бакарној матрици, може се сматрати да се честице друге фазе додају бакарној матрици или да се дисперговано распоређене честице друге фазе генеришу ин ситу у бакарној матрици кроз одређени процес. Специфичне методе укључују: механичку методу мешања, методу копреципитације, методу унутрашње оксидације, методу реверзне преципитације гела, методу електролитичке преципитације, итд. Главни механизми дисперзијског ојачања укључују Олован механизам и Ансел-Лениер механизам.
(1) Орован механизам. Током пластичне деформације, линија дислокације не може директно да пресече другу фазну честицу, али под дејством спољне силе, линија дислокације се може савијати око честице друге фазе, и коначно дислокациони прстен остаје око честице друге фазе и попушта . Погрешан пас. Савијање дислокација ће повећати енергију изобличења решетке у подручју захваћеном дислокацијом, што повећава отпор кретању дислокацијских линија и повећава отпор клизања.
(2) (2) Ансел-Ленијеров механизам. ГС Анселл ет ал. предложио други модел дислокације за попуштање легура ојачаних дисперзијом. Као критеријум приноса користили су лом диспергованих честица друге фазе услед акумулације дислокација. Када је смичући напон на честицама једнак напону лома диспергованих честица, легура ојачана дисперзијом попушта.
6. Влакна ин ситу композитна арматура
Ова метода се углавном односи на додавање вишка легирајућих елемената (Цр, Фе, В, Нб, итд.) бакру да би се добио двофазни композит. Вишак елемената постоји у очврслој легури у облику једнофазне и дендритске структуре. Након тога, легура се растеже уз велику деформацију, тако да се дендритска структура елемената легуре трансформише у структуру влакана. Присуство влакана повећава отпорност на кретање дислокације, чиме се ојачава материјал.
7. Додајте елементе у траговима
Додавање одређених елемената у траговима бази легури не само да може ојачати легуру, већ је и ефикасно средство за развој материјала отпорних на корозију. Неки од ових елемената у траговима ојачавају легуру формирањем диспергованих фаза, а неки пречишћавањем структуре матрице, али ниједан од њих значајно не смањује њену отпорност на корозију, чиме се побољшавају укупне перформансе легуре.
