กลไกการตกตะกอน-การแข็งตัวในโลหะผสมทองแดงมีอะไรบ้าง

เฮ้! ในฐานะซัพพลายเออร์ของโลหะผสมทองแดง ฉันมักถูกถามเกี่ยวกับกลไกการตกตะกอนและการแข็งตัวของวัสดุที่น่าทึ่งเหล่านี้ ฉันเลยคิดว่าฉันต้องใช้เวลาสักพักเพื่อแยกแยะมันให้คุณ

ก่อนอื่น เรามาพูดถึงเรื่องบรอนซ์กันก่อน บรอนซ์เป็นโลหะผสมที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยทองแดงและดีบุก แม้ว่าธาตุอื่นๆ เช่น อลูมิเนียม ซิลิคอน หรือฟอสฟอรัสก็สามารถเติมเพื่อเพิ่มคุณสมบัติได้เช่นกัน มีมานานแล้วและมีการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่งานศิลปะและเครื่องประดับไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรม คุณสามารถตรวจสอบผลิตภัณฑ์บรอนซ์ของเราได้ เช่นท่อสีบรอนซ์-คันรูปบรอนซ์, และท่อกลมสีบรอนซ์บนเว็บไซต์ของเรา

ตอนนี้เข้าสู่การแข็งตัวของฝน นี่เป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ใช้ในการเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสม และใช้งานได้ดีกับทองแดง แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังการแข็งตัวของฝนคือการสร้างอนุภาคขนาดเล็กหรือตกตะกอนภายในโครงสร้างของโลหะผสม การตกตะกอนเหล่านี้ทำหน้าที่เสมือนสิ่งกีดขวางบนถนนสำหรับการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ (ข้อบกพร่องในโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะ) ซึ่งทำให้โลหะผสมแข็งและแข็งแรงขึ้น

กระบวนการตกตะกอน - การชุบแข็งในโลหะผสมทองแดงมักเกิดขึ้นในสามขั้นตอนหลัก: การบำบัดสารละลาย การชุบแข็ง และการบ่ม

การบำบัดด้วยสารละลาย

ขั้นตอนแรกคือการบำบัดด้วยสารละลาย ในขั้นตอนนี้ โลหะผสมทองแดงจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงและคงอยู่ตรงนั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง โดยทั่วไปอุณหภูมินี้จะอยู่เหนือเส้นโซลวัสบนแผนภาพเฟสของโลหะผสม ที่อุณหภูมิสูงนี้ ธาตุอัลลอยด์ทั้งหมด เช่น ดีบุก ในกรณีของบรอนซ์ จะละลายลงในเมทริกซ์ทองแดง กลายเป็นสารละลายของแข็งเฟสเดียว มันเหมือนกับการทำค็อกเทลที่ผสมกันอย่างลงตัว โดยที่ส่วนผสมทั้งหมดจะกระจายเท่าๆ กัน

ตัวอย่างเช่น หากเรามีโลหะผสมทองแดงที่มีปริมาณดีบุกเป็นเปอร์เซ็นต์ การให้ความร้อนในระหว่างการบำบัดสารละลายจะทำให้อะตอมของดีบุกกระจายตัวสม่ำเสมอทั่วทั้งโครงตาข่ายทองแดง การกระจายตัวที่สม่ำเสมอนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อขั้นตอนต่อไปของกระบวนการ เวลาและอุณหภูมิในการบำบัดสารละลายขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเฉพาะของโลหะผสมทองแดง โลหะผสมที่ต่างกันจะมีสารละลายที่เหมาะสมที่สุด - สภาวะการรักษาที่แตกต่างกัน

การดับ

หลังจากการบำบัดสารละลายแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการทำให้เย็นลง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการทำให้โลหะผสมเย็นลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิในการบำบัดที่มีสารละลายสูงไปจนถึงอุณหภูมิห้อง เรามักจะทำเช่นนี้โดยการจุ่มโลหะผสมที่ได้รับความร้อนลงในตัวกลางดับ เช่น น้ำหรือน้ำมัน เป้าหมายของการดับคือการ "แช่แข็ง" สารละลายของแข็งที่มีอุณหภูมิสูงให้อยู่กับที่

เมื่อเราดับโลหะผสม อะตอมในสารละลายของแข็งจะไม่มีเวลาพอที่จะจัดเรียงตัวเองใหม่ ดังนั้น อะตอมดีบุกที่มีการกระจายเท่าๆ กันในเมทริกซ์ทองแดงระหว่างการบำบัดสารละลายจะคงอยู่ที่เดิม แม้ว่าจะอยู่ในสถานะอิ่มตัวยวดยิ่งที่อุณหภูมิห้องก็ตาม มันเหมือนกับการถ่ายภาพค็อกเทลที่ผสมอย่างดีแล้วทำให้แข็งตัวขึ้นมาทันที

อย่างไรก็ตาม การชุบแข็งบางครั้งอาจทำให้เกิดความเครียดภายในโลหะผสมเนื่องจากการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ความเค้นเหล่านี้สามารถนำไปสู่การแตกร้าวหรือการบิดเบี้ยวของโลหะผสมได้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม นั่นเป็นสาเหตุที่บางครั้งเราอาจใช้กระบวนการดับที่มีการควบคุมมากขึ้น หรือตามด้วยการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อคลายความเครียด

ริ้วรอยก่อนวัย

ขั้นตอนสุดท้ายคือการแก่ชรา นี่คือจุดที่ความมหัศจรรย์เกิดขึ้นจริงๆ หลังจากการดับแล้ว สารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดจะไม่เสถียร ในระหว่างการบ่ม โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 100°C ถึง 300°C และคงไว้ที่นั่นเป็นระยะเวลาหนึ่ง ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้ อะตอมของดีบุกที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดจะเริ่มรวมตัวกันและก่อตัวเป็นกระจุกขนาดเล็ก กระจุกเหล่านี้จะเติบโตเป็นตะกอนที่เราพูดถึงก่อนหน้านี้

เมื่อกระบวนการชราดำเนินต่อไป ปริมาณตะกอนก็จะเพิ่มมากขึ้นและมีจำนวนมากขึ้น ขนาด รูปร่าง และการกระจายตัวของตะกอนเหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมทองแดง ในระยะเริ่มแรกของการแก่ตัว ปริมาณตะกอนจะมีขนาดเล็กมากและสอดคล้องกับเมทริกซ์ทองแดง ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างผลึกของตะกอนจะคล้ายกับโครงสร้างเมทริกซ์ที่อยู่รอบๆ และเชื่อมโยงกันอย่างดี

เมื่ออายุมากขึ้น การตกตะกอนจะเริ่มสูญเสียการเชื่อมโยงกันและกลายเป็นกึ่งต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องกัน ความแข็งแรงของโลหะผสมมักจะเพิ่มขึ้นตามการตกตะกอนที่เพิ่มขึ้น แต่ก็มีจุดที่อาจทำให้เกิดความชราเกินได้ การแก่เกินเกิดขึ้นเมื่อตะกอนมีมากเกินไป ในขั้นตอนนี้ ความแข็งแรงของโลหะผสมเริ่มลดลงเนื่องจากการตกตะกอนขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการปิดกั้นการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่

เวลาและอุณหภูมิในการบ่มที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและคุณสมบัติที่ต้องการ สำหรับโลหะผสมทองแดงบางชนิด ระยะเวลาการบ่มที่ค่อนข้างสั้นที่อุณหภูมิปานกลางอาจให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ในขณะที่สำหรับโลหะผสมอื่นๆ ระยะเวลาการบ่มที่นานขึ้นที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันเล็กน้อยอาจดีกว่า

ปัจจัยที่มีผลต่อการตกตะกอน การแข็งตัวของโลหะผสมทองแดง

มีปัจจัยหลายประการที่อาจส่งผลต่อกระบวนการตกตะกอน - กระบวนการชุบแข็งในโลหะผสมทองแดง

องค์ประกอบของโลหะผสม

องค์ประกอบของโลหะผสมทองแดงเป็นปัจจัยสำคัญ ชนิดและปริมาณของธาตุผสมมีบทบาทอย่างมาก ตัวอย่างเช่น เปอร์เซ็นต์ของดีบุกในโลหะผสมทองแดงจะเป็นตัวกำหนดจำนวนตะกอนที่สามารถก่อตัวได้ในช่วงอายุ โดยทั่วไปปริมาณดีบุกที่มากขึ้นหมายถึงมีโอกาสเกิดการตกตะกอนมากขึ้น แต่ก็มีช่วงที่เหมาะสมที่สุด หากมีดีบุกมากเกินไป อาจนำไปสู่ปัญหาอื่นๆ ได้ เช่น การก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะ

องค์ประกอบการผสมอื่นๆ อาจมีผลกระทบเช่นกัน การเติมองค์ประกอบจำนวนเล็กน้อย เช่น อะลูมิเนียมหรือฟอสฟอรัส สามารถเปลี่ยนขนาด รูปร่าง และการกระจายตัวของตะกอนได้ องค์ประกอบเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นจุดเกิดนิวเคลียสสำหรับการตกตะกอนหรือส่งผลต่ออัตราการแพร่ขององค์ประกอบอัลลอยด์ในช่วงอายุ

ความร้อน - พารามิเตอร์การบำบัด

เวลาและอุณหภูมิที่ใช้ในการบำบัดสารละลาย การชุบแข็ง และการบ่มเป็นสิ่งสำคัญ ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น โลหะผสมที่แตกต่างกันต้องมีสภาวะการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมที่แตกต่างกัน ตัวแปรเหล่านี้แม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติขั้นสุดท้ายของโลหะผสมได้ ตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิของสารละลาย - การบำบัดต่ำเกินไป องค์ประกอบของโลหะผสมบางชนิดอาจไม่ละลายอย่างเหมาะสม ซึ่งอาจนำไปสู่การกระจายตัวของตะกอนที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างอายุ

ขนาดเกรน

ขนาดเกรนของโลหะผสมทองแดงก็มีความสำคัญเช่นกัน โดยทั่วไปขนาดเกรนที่เล็กกว่าจะทำให้เกิดการตกตะกอนที่ดีขึ้น - ผลลัพธ์การแข็งตัว ธัญพืชที่มีขนาดเล็กจะมีขอบเขตของเมล็ดพืชมากขึ้น ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นพื้นที่เพิ่มเติมสำหรับการก่อตัวของตะกอนได้ นอกจากนี้ ขอบเขตของเกรนยังช่วยกระจายแรงเค้นภายในให้เท่ากันมากขึ้นในระหว่างการชุบแข็ง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าว

ประโยชน์ของการตกตะกอนการแข็งตัวในโลหะผสมทองแดง

การชุบแข็งด้วยการตกตะกอนมีประโยชน์หลายประการสำหรับโลหะผสมทองแดง

เพิ่มความแข็งแกร่งและความแข็ง

ประโยชน์หลักคือความแข็งแกร่งและความแข็งเพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้โลหะผสมทองแดงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูง เช่น ในชิ้นส่วนเครื่องจักรกลหรือส่วนประกอบโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น การตกตะกอน - เฟืองทองสัมฤทธิ์ชุบแข็งจะสามารถทนต่อน้ำหนักที่สูงกว่าและสึกหรอได้ดีกว่าเฟืองทองสัมฤทธิ์ที่ไม่ผ่านการบำบัด

ปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ

ความแข็งที่เพิ่มขึ้นยังส่งผลให้มีความทนทานต่อการสึกหรอดีขึ้นอีกด้วย การตกตะกอน - โลหะผสมทองแดงชุบแข็งมีโอกาสน้อยที่จะสึกกร่อนเนื่องจากแรงเสียดทาน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น ตลับลูกปืนหรือส่วนประกอบแบบเลื่อน

ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

นอกจากความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอแล้ว โลหะผสมทองแดงชุบแข็งที่มีการตกตะกอนมักจะรักษาความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี โดยปกติแล้วกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนจะไม่ทำให้ความสามารถของโลหะผสมในการต้านทานการกัดกร่อนลดลง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

หากคุณสนใจใช้โลหะผสมทองแดงชุบแข็งแบบตกตะกอนสำหรับโครงการของคุณ เรายินดีที่จะพูดคุยกับคุณ ไม่ว่าคุณจะต้องการท่อสีบรอนซ์-คันรูปบรอนซ์, หรือท่อกลมสีบรอนซ์เราสามารถจัดหาผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงให้กับคุณได้ เพียงติดต่อเรา แล้วเราจะหารือเกี่ยวกับความต้องการเฉพาะของคุณ และวิธีที่เราสามารถช่วยให้คุณได้รับโลหะผสมทองแดงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของคุณ

อ้างอิง

• พอร์เตอร์ DA และอีสเตอร์ลิง KE (1992) การแปลงเฟสในโลหะและโลหะผสม แชปแมนแอนด์ฮอลล์.
• แอสค์แลนด์ ดร. และภูเล พีพี (2549) วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ ทอมสัน เอ็นจิเนียริ่ง.
• เดวิส เจอาร์ (เอ็ด) (2544). ทองแดงและโลหะผสมทองแดง เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล