Analise os métodos de fortalecimento de materiais de liga de cobre
Os métodos de reforço comumente usados para cobre e ligas de cobre incluem: reforço de deformação, reforço de grãos finos, reforço de solução sólida, reforço de precipitação por idade (precipitação), reforço de dispersão, reforço de material compósito e adição de oligoelementos.
1. Fortalecimento da deformação
O fortalecimento da deformação visa melhorar a resistência e a dureza da liga de cobre por meio da deformação plástica. É um dos métodos de reforço de liga de cobre mais comumente usados. Como os defeitos cristalinos produzidos pelo trabalho a frio têm pouco efeito na condutividade do material, este método de reforço melhora a resistência e ao mesmo tempo torna a liga altamente condutiva. A característica do reforço de deformação é que enquanto a resistência do material aumenta, sua plasticidade diminui rapidamente e a condutividade elétrica também diminuirá ligeiramente devido ao aumento na densidade de discordância. Além disso, quando a temperatura de serviço aumenta, o material passará por processos de recuperação e recristalização e amolecerá, e o reforço por deformação única só pode aumentar a resistência da liga até certo ponto, por isso é frequentemente usado em conjunto com outros métodos de reforço.
2. Fortalecimento de grãos finos
O fortalecimento de grãos finos consiste no uso de medidas de solidificação rápida ou métodos de tratamento térmico para obter grãos finos durante a fundição. Certos elementos de liga também podem ser adicionados para refinar os grãos. O tamanho do grão é reduzido, a resistência da liga aumenta e tem pouco efeito na condutividade elétrica da liga. Portanto, o reforço de grãos finos tornou-se um dos principais métodos de reforço para ligas de cobre. A grande vantagem do reforço de grão fino é que ele pode melhorar a plasticidade do material e, ao mesmo tempo, melhorar a resistência do material. Isso ocorre porque após o refinamento do grão, a concentração de tensão causada pelo acúmulo de deslocamentos no limite do grão quando o material é deformado pode ser efetivamente aliviada, atrasando o início das trincas, e uma maior quantidade de deformação pode ser alcançada antes que o material frature. O refinamento de grãos é amplamente utilizado devido a essa vantagem.
3. Fortalecimento de soluções sólidas
O fenômeno de aumentar a resistência e a dureza de um metal pela incorporação de certos elementos de soluto para formar uma solução sólida é chamado de fortalecimento por solução sólida. O fortalecimento da solução sólida ocorre porque a dissolução dos átomos do soluto causa distorção na rede cristalina do metal solvente, aumentando assim a resistência ao movimento de discordância. A prática provou que o controle adequado do conteúdo de soluto na solução sólida pode melhorar significativamente a resistência e a dureza do material, mantendo ao mesmo tempo uma boa plasticidade e tenacidade. Por exemplo: adicionar 19% de níquel ao cobre pode aumentar o phib da liga de 220MPa para 380~400MPa, e a dureza de HB44 para HB70, enquanto a plasticidade ainda mantém ψ=50%. Se o cobre conseguisse o mesmo efeito de reforço através de outros meios (como o endurecimento durante a deformação a frio), a sua plasticidade seria quase completamente perdida. O fortalecimento da solução sólida é um método de fortalecimento que utiliza a interação entre átomos de soluto e deslocamentos móveis na solução sólida para causar um aumento na tensão de fluxo. Ao adicionar uma quantidade apropriada de elementos de liga à base para formar uma solução sólida, a resistência da liga será geralmente melhorada. De acordo com a teoria de Mott-Nabbaro, para soluções sólidas finas, a mudança no limite de escoamento com a concentração de elementos solutos pode ser expressa como: б=бo+kCm. Na fórmula, б é o limite de escoamento da liga; бo é o limite de escoamento do metal puro; C é a concentração de massa atômica do soluto; k e m são constantes determinadas pelas propriedades da matriz e dos elementos da liga, onde o valor de m está entre 0,5 e 1.
4. Fortalecimento da precipitação (precipitação) do envelhecimento
O princípio básico do fortalecimento por precipitação por envelhecimento é adicionar elementos de liga ao cobre que tenham uma solubilidade sólida muito pequena à temperatura ambiente e uma solubilidade sólida grande a altas temperaturas. Através do tratamento com solução sólida em alta temperatura, os elementos de liga formam uma solução sólida supersaturada na base. Esta resistência é melhorada em comparação com o cobre puro. Então, com o envelhecimento, a solução sólida supersaturada se decompõe, os elementos da liga precipitam em uma determinada forma e são dispersos e distribuídos na base para formar uma fase de precipitação. A fase precipitada pode prevenir eficazmente o movimento dos limites e deslocamentos dos grãos, melhorando significativamente a resistência da liga. Os elementos de liga que produzem reforço por precipitação devem atender às duas condições a seguir: primeiro, a solubilidade sólida no cobre em altas e baixas temperaturas é bastante diferente, de modo que fases de reforço suficientes possam ser produzidas durante o envelhecimento; segundo, a solubilidade sólida do cobre à temperatura ambiente é muito diferente. A solubilidade é extremamente pequena para garantir alta condutividade da matriz. O reforço por precipitação é o método de reforço mais amplamente utilizado em ligas de cobre de alta resistência e alta condutividade. Nas ligas de cobre, a fim de produzir o efeito de fortalecimento da precipitação por envelhecimento, os elementos adicionados incluem Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe, etc. melhora a resistência do material enquanto minimiza danos à condutividade elétrica.
5. Melhoria da difusão
O reforço de dispersão é um material preparado pela metalurgia do pó e outros métodos após a mistura completa de um pó de fase de reforço de dispersão de uma determinada forma e tamanho com pó de cobre. As partículas da segunda fase (Al2O3, ThO2, Zro2, etc.) são dispersas e distribuídas na matriz de cobre, e a resistência da liga de cobre é melhorada devido ao efeito de fortalecimento da dispersão. Este método tem pouco impacto na condutividade elétrica e térmica do cobre, ao mesmo tempo que melhora a resistência. Para obter partículas de segunda fase distribuídas dispersamente na matriz de cobre, pode-se considerar que partículas de segunda fase são adicionadas à matriz de cobre ou partículas de segunda fase distribuídas dispersamente são geradas in situ na matriz de cobre através de um determinado processo. Os métodos específicos incluem: método de mistura mecânica, método de co-precipitação, método de oxidação interna, método de precipitação reversa em gel, método de precipitação eletrolítica, etc. Os principais mecanismos de fortalecimento da dispersão incluem o mecanismo Olowan e o mecanismo Ansel-Lenier.
(1) Mecanismo Orowan. Durante a deformação plástica, a linha de discordância não pode cortar diretamente a partícula da segunda fase, mas sob a ação de uma força externa, a linha de discordância pode dobrar em torno da partícula da segunda fase e, finalmente, um anel de discordância é deixado ao redor da partícula da segunda fase e cede. . Passe errado. A flexão das discordâncias aumentará a energia de distorção da rede na área afetada pela discordância, o que aumenta a resistência ao movimento das linhas de discordância e aumenta a resistência ao deslizamento.
(2) (2) Mecanismo Ansel-Lenier. GS Ansell et al. propuseram outro modelo de discordância para o escoamento de ligas reforçadas por dispersão. Eles usaram a fratura de partículas dispersas da segunda fase devido ao acúmulo de discordâncias como critério de rendimento. Quando a tensão de cisalhamento nas partículas é igual à tensão de fratura das partículas dispersas, a liga reforçada por dispersão cede.
6. Reforço composto de fibra in situ
Este método refere-se principalmente à adição de elementos de liga em excesso (Cr, Fe, V, Nb, etc.) ao cobre para obter um complexo bifásico. Os elementos em excesso existem na liga solidificada na forma de uma fase única e uma estrutura dendrítica. Depois disso, a liga é esticada com grande deformação, de modo que a estrutura dendrítica dos elementos da liga se transforma em uma estrutura de fibra. A presença de fibras aumenta a resistência ao movimento de deslocamento, fortalecendo o material.
7. Adicione oligoelementos
A adição de certos oligoelementos à base da liga pode não apenas fortalecer a liga, mas também é um meio eficaz para o desenvolvimento de materiais resistentes à corrosão. Alguns destes oligoelementos fortalecem a liga formando fases dispersas, e alguns purificando a estrutura da matriz, mas nenhum deles reduz significativamente a sua resistência à corrosão, melhorando assim o desempenho geral da liga.
