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銅合(hé)金材料的強化途徑

返回列表 來源: admin 發布日期: 2022-1-10 17:41:42 閱讀數: 548

銅及銅合金通常采用的強化途徑有:變形強化、細晶強化(huà)、固(gù)溶強化、時效析出(沉澱)強化、彌散強化、複合材料強化、添加微量元素。


形變強化


形變強化是通過塑性變形使銅合金的強度和硬度得以提高(gāo),它是**常用的銅合金強化手段之一。由於冷加工產生的晶體缺陷對(duì)材料的導電性影響不大,這種強化(huà)方式(shì)在提高強度的(de)同時仍使合金具有
很高的導電性。形變強化的特點是在材料強度上升的同時,其塑性迅速下降,電導率也會因位(wèi)錯密度的增加而略有下降。另外,當使(shǐ)用溫(wēn)度上升時,材料會發(fā)生回複、再結晶過(guò)程而軟化,而且單一的形變強化
使(shǐ)合金的強度提高的幅度有限,所以常和其他強化方式同時使用。


細晶強(qiáng)化


細晶強化是在澆鑄時采用(yòng)快(kuài)速凝固措施(shī)或采用熱(rè)處理手段(duàn)來獲得細小的晶粒,也可(kě)以加(jiā)入某種微量合金元素來細化晶粒。晶粒尺寸減小,合金強度提(tí)高,並且對(duì)合金的電導率影響不大。所(suǒ)以(yǐ)細晶強化
也成為銅合金主要強(qiáng)化手(shǒu)段之一。細晶強(qiáng)化的突出優點是(shì)在提高材料強度的同時(shí)可以提高材料的塑性。這(zhè)是由於晶粒細化(huà)後,材料變形時晶界處(chù)位錯塞積所造成的應力集(jí)中可以得到有效緩解推遲了裂紋的萌生,
材料斷裂前可以實現較大的變形量。細化晶(jīng)粒也正是由於這一(yī)優(yōu)點而得到廣泛應用。

固溶強化


通過融入某些(xiē)溶質元素形成固溶體而使金屬的強度(dù)、硬度升高的現象稱為固溶強化。固溶強化(huà)的產生是由於(yú)溶質原(yuán)子溶入後,要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變,進而使位錯移動時所受到的阻力增大的
緣故(gù)。實踐證明,適當掌握固溶體中的溶質含量,可以在顯著提高材料的強度、硬度的同時,使其仍然保持相當好的塑性和韌性。例如:向(xiàng)銅中加入19%鎳,可使(shǐ)合金的бb由220MPa升高**380~400MPa,硬度由
HB44升高**HB70,而塑性仍然(rán)保持ψ=50%。若將銅通過其他途徑(例如冷變形時的加工(gōng)硬化)獲得同樣的強化效果,其塑性將接近完(wán)全喪失。固溶強化是利用固溶體中的溶質原子與運動位錯相互作用而引起流變
應(yīng)力增加的一種強(qiáng)化方法。在基本中添加適量合金元(yuán)素形成固溶體,合金的強度一般將得到提高。根據Mott-Nabbaro理論,對於稀薄固(gù)溶體,屈服強度隨溶質元素濃度的變化可表示為:б=бo+kCm式中,б為合金屈服強度;
бo為純金屬屈服強度;C為溶質原子(zǐ)質量濃(nóng)度;k、m為決定於基體和合金(jīn)元素的性質的常數,其中m的數值(zhí)介於0.5~1之間。


時效析出(沉澱)強化(huà)


時(shí)效析出強化的基本原理是,在銅中加入常溫(wēn)下固溶度極小,而高溫下固溶(róng)度較大的合金元(yuán)素,通過高溫固溶處理,使合金元素在基本中形成過(guò)飽和固溶體,此時強度與純銅(tóng)相(xiàng)比有所提高。而(ér)後通過(guò)時效(xiào),
使過飽和固溶體分解,合金元素以一定形式(shì)析出,彌散(sàn)分布(bù)在基本中形成沉澱相。沉澱相能有(yǒu)效地(dì)阻止晶(jīng)界和位錯的移動,從而大大提高合金強度。產生析出強化的合金元素應具備以下兩個條(tiáo)件:一是(shì)高溫和低溫下
在銅中的固溶度相差較大,以便時效時能(néng)夠產生足夠多的強化相;二是室溫時在銅中的固溶度極小,以(yǐ)保證基體的高導電性。析出強化(huà)是高強度、高導(dǎo)電性(xìng)銅(tóng)合金中應用**廣泛的強(qiáng)化方法。在銅合金中(zhōng),為產(chǎn)生時效
析出(chū)強化(huà)效果,而加入的元素有Ti、Co、P、Ni、Si、Mg、Cr、Zr、Be、Fe等。時效析出強化的**大優(yōu)點是在大幅度提高材料強度的同時,對電導(dǎo)率損害**小(xiǎo)。


彌散強化


彌散強化是將一定形狀和大小的彌散強化相的粉末,於銅粉充分混合後,利用粉末冶金等方法製備的材料(liào)。第二相粒子(Al2O3、ThO2、Zro2等)彌散分布於銅(tóng)基體中,由於彌散強(qiáng)化作用使銅合金的強度得以
提高。這種方法在提高強度的同時,對銅的導電性和導熱性影響很小。為了在銅(tóng)基體中獲得彌散分布的第二相粒子,可以認為地在銅基體中加入第二相(xiàng)粒子或通過一定的(de)工藝在銅基體中原位生成彌散分布的第二相
粒子。其具體的方法(fǎ)有:機械混合法、共(gòng)沉澱(diàn)法、內氧化法、反向凝膠析出(chū)法、電解沉澱(diàn)法等。彌散強化的機理主要有奧羅萬機(jī)理和安塞爾-勒尼爾機理。(1)奧羅萬(Orowan)機理。塑性變形時,位錯線不能直接
切過第二相粒子(zǐ),但在外力的作用下,位錯線(xiàn)可以環繞第(dì)二相粒(lì)子發生彎曲,**後第二相粒子(zǐ)周圍留下一個位錯環而讓位錯通(tōng)過。位錯的彎曲將會增加位錯影響區的晶格畸(jī)變能,這就(jiù)增加了(le)位錯線運動的阻力(lì),使滑移
抗力增大(dà)。(2)安塞爾-勒尼爾(ěr)機(jī)理。安塞爾(ěr)(G.S.Ansell)等人對彌散強化合(hé)金的屈服提出了(le)另外一個(gè)位錯模型。他(tā)們把由於位錯塞積引起的彌散第二相粒子斷裂作為屈服的判據。當粒子上的切應力等於彌散粒子的斷裂
應力(lì)時,彌散強化合(hé)金便屈服。


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