Здравейте! Като доставчик на бронзови сплави често ме питат за механизмите на утаяване - втвърдяване в тези невероятни материали. Така че реших да отделя малко време, за да ви разкажа.
Първо, нека поговорим малко за бронза. Бронзът е сплав, съставена основно от мед и калай, въпреки че могат да се добавят и други елементи като алуминий, силиций или фосфор, за да се подобрят свойствата му. Съществува от векове и има широк спектър от приложения, от изкуство и бижута до индустриални машини. Можете да разгледате някои от нашите продукти от бронз, катоБронзова тръба с форма,Прът с бронзова форма, иБронзова кръгла тръба, на нашия уебсайт.
Сега към втвърдяването на валежите. Това е процес на термична обработка, използван за укрепване на сплави и работи много добре с бронз. Основната идея зад утаяващото втвърдяване е да се създадат малки частици или утайки в структурата на сплавта. Тези утайки действат като пречки за движението на дислокации (дефекти в кристалната решетка на метала), което прави сплавта по-твърда и по-здрава.
Процесът на утаяване - втвърдяване в бронзовите сплави обикновено протича в три основни етапа: обработка с разтвор, закаляване и стареене.
Лечение с разтвор
Първата стъпка е третиране с разтвор. На този етап бронзовата сплав се нагрява до висока температура и се задържа там за определен период от време. Тази температура обикновено е над линията на солвус на фазовата диаграма на сплавта. При тази висока температура всички легиращи елементи, като калай в случая на бронз, се разтварят в медната матрица, образувайки еднофазен твърд разтвор. Това е като да направите наистина добре смесен коктейл, в който всички съставки са равномерно разпределени.
Например, ако имаме бронзова сплав с определен процент калай, нагряването й по време на обработката с разтвор позволява на атомите на калай да се разпространят равномерно в цялата медна решетка. Това равномерно разпределение е от решаващо значение за следващите стъпки на процеса. Времето и температурата за обработка на разтвора зависят от специфичния състав на бронзовата сплав. Различните сплави ще имат различно оптимално решение - условия на обработка.
Закаляване
След обработката на разтвора следващата стъпка е закаляването. Това включва бързо охлаждане на сплавта от висока температура на обработка на разтвора до стайна температура. Обикновено правим това, като потапяме нагрятата сплав в среда за охлаждане, като вода или масло. Целта на охлаждането е да "замрази" твърдия разтвор с висока температура на място.
Когато охлаждаме сплавта, атомите в твърдия разтвор нямат достатъчно време да се пренаредят. И така, калаените атоми, които са били равномерно разпределени в медната матрица по време на обработката с разтвор, остават там, където са, въпреки че са в свръхнаситено състояние при стайна температура. Това е като да направите моментна снимка на добре смесения коктейл и изведнъж да го направите твърд.
Въпреки това, закаляването понякога може да причини вътрешни напрежения в сплавта поради бързото охлаждане. Тези напрежения могат да доведат до напукване или изкривяване на сплавта, ако не се управляват правилно. Ето защо понякога може да използваме по-контролиран процес на закаляване или да го последваме от топлинна обработка, облекчаваща напрежението.
Стареене
Последната стъпка е стареенето. Тук наистина се случва магията. След охлаждане пренаситеният твърд разтвор е нестабилен. По време на стареене сплавта се нагрява до по-ниска температура, обикновено между 100°C и 300°C, и се задържа там за определен период от време. При тази по-ниска температура свръхнаситените калаени атоми започват да се събират и образуват малки клъстери. След това тези клъстери прерастват в утайките, за които говорихме по-рано.
Тъй като процесът на стареене продължава, утайките стават по-големи и по-многобройни. Размерът, формата и разпределението на тези утайки оказват голямо влияние върху механичните свойства на бронзовата сплав. В началните етапи на стареене утайките са много малки и съгласувани с медната матрица. Това означава, че кристалната структура на утайките е подобна на тази на околната матрица и те са добре свързани с нея.
С увеличаването на времето на стареене утайките започват да губят своята кохерентност и стават полукохерентни или некохерентни. Якостта на сплавта обикновено се увеличава с нарастването на утайките, но има момент, в който може да настъпи прекомерно стареене. Прекомерно стареене се случва, когато утайката стане твърде голяма. На този етап якостта на сплавта започва да намалява, тъй като големите утайки са по-малко ефективни при блокиране на движението на дислокациите.
Оптималното време и температура на стареене зависят от състава на сплавта и желаните свойства. За някои бронзови сплави сравнително кратко време на стареене при умерена температура може да даде най-добри резултати, докато за други по-дълго време на стареене при малко по-различна температура може да бъде по-добро.
Фактори, влияещи върху преципитационното втвърдяване на бронзови сплави
Има няколко фактора, които могат да повлияят на процеса на утаяване - втвърдяване в бронзовите сплави.
Състав на сплавта
Съставът на бронзовата сплав е основен фактор. Видът и количеството на легиращите елементи играят огромна роля. Например, процентът на калай в бронзова сплав ще определи колко утайки могат да се образуват по време на стареене. Повече калай обикновено означава повече потенциал за валежи, но има оптимален диапазон. Ако има твърде много калай, това може да доведе до други проблеми като образуването на крехки интерметални съединения.
Други легиращи елементи също могат да окажат влияние. Добавянето на малки количества елементи като алуминий или фосфор може да промени размера, формата и разпределението на утайките. Тези елементи могат да действат като места за нуклеация на утайките или да повлияят на скоростта на дифузия на легиращите елементи по време на стареене.
Параметри на термична обработка
Времето и температурата, използвани при обработката на разтвора, закаляването и стареенето, са от решаващо значение. Както споменахме по-рано, различните сплави изискват различни оптимални условия на термична обработка. Дори малки вариации в тези параметри могат да имат голям ефект върху крайните свойства на сплавта. Например, ако температурата на обработка на разтвора е твърде ниска, не всички легиращи елементи ще се разтворят правилно, което може да доведе до неравномерно разпределение на утайките по време на стареене.
Размер на зърното
Размерът на зърната на бронзовата сплав също има значение. По-финият размер на зърното обикновено води до по-добри резултати от утаяване - втвърдяване. По-малките зърна осигуряват повече граници на зърната, които могат да действат като допълнителни места за образуване на утайки. Също така, границите на зърната могат да помогнат за по-равномерно разпределяне на вътрешните напрежения по време на закаляването, намалявайки риска от напукване.
Предимства на утаителното втвърдяване на бронзови сплави
Преципитационното втвърдяване предлага няколко предимства за бронзовите сплави.
Повишена здравина и твърдост
Основното предимство е значителното увеличаване на якостта и твърдостта. Това прави бронзовата сплав по-подходяща за приложения, където се изисква висока якост, като в механични части или структурни компоненти. Например, закалено бронзово зъбно колело ще може да издържи на по-големи натоварвания и да се износва по-добре от необработено бронзово зъбно колело.
Подобрена устойчивост на износване
Повишената твърдост води и до по-добра устойчивост на износване. Утаяване – закалените бронзови сплави е по-малко вероятно да се износят от триене, което ги прави идеални за приложения като лагери или плъзгащи се компоненти.
Добра устойчивост на корозия
В допълнение към здравината и устойчивостта на износване, закалените бронзови сплави често поддържат добра устойчивост на корозия. Процесът на термична обработка обикновено не влошава способността на сплавта да устои на корозия, което е важно за приложения в тежки среди.
Ако се интересувате от използването на утаяване - закалени бронзови сплави за вашите проекти, ще се радваме да поговорим с вас. Независимо дали имате нуждаБронзова тръба с форма,Прът с бронзова форма, илиБронзова кръгла тръба, можем да ви предоставим висококачествени продукти. Просто се свържете с нас и ние можем да обсъдим вашите специфични изисквания и как можем да ви помогнем да получите най-подходящите бронзови сплави за вашите нужди.
Референции
- Porter, DA, & Easterling, KE (1992). Фазови превръщания в метали и сплави. Чапман и Хол.
- Askeland, DR, & Phule, PP (2006). Науката и инженерството на материалите. Thomson Engineering.
- Дейвис, JR (ред.). (2001). Мед и медни сплави. ASM International.
