Analisis metode penguatan bahan paduan tembaga
Metode penguatan yang umum digunakan pada tembaga dan paduan tembaga meliputi: penguatan deformasi, penguatan butiran halus, penguatan larutan padat, penguatan pengendapan umur (presipitasi), penguatan dispersi, penguatan material komposit, dan penambahan elemen jejak.
1. Penguatan deformasi
Penguatan deformasi adalah untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan paduan tembaga melalui deformasi plastis. Ini adalah salah satu metode penguatan paduan tembaga yang paling umum digunakan. Karena cacat kristal yang dihasilkan oleh pengerjaan dingin memiliki pengaruh yang kecil terhadap konduktivitas material, metode penguatan ini meningkatkan kekuatan namun tetap membuat paduan menjadi sangat konduktif. Ciri-ciri penguatan deformasi adalah ketika kekuatan material meningkat, plastisitasnya menurun dengan cepat, dan konduktivitas listrik juga akan sedikit menurun karena peningkatan kepadatan dislokasi. Selain itu, ketika suhu layanan meningkat, material akan mengalami proses pemulihan dan rekristalisasi serta melunak, dan penguatan deformasi tunggal hanya dapat meningkatkan kekuatan paduan sampai batas tertentu, sehingga sering digunakan bersamaan dengan metode penguatan lainnya.
2. Penguatan butiran halus
Penguatan butiran halus adalah dengan menggunakan tindakan pemadatan cepat atau metode perlakuan panas untuk mendapatkan butiran halus selama pengecoran. Elemen paduan jejak tertentu juga dapat ditambahkan untuk menghaluskan butiran. Ukuran butir berkurang, kekuatan paduan meningkat, dan pengaruhnya kecil terhadap konduktivitas listrik paduan. Oleh karena itu, penguatan butiran halus telah menjadi salah satu metode penguatan utama paduan tembaga. Keuntungan luar biasa dari penguatan butiran halus adalah dapat meningkatkan plastisitas material sekaligus meningkatkan kekuatan material. Hal ini karena setelah penghalusan butir, konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh akumulasi dislokasi pada batas butir ketika material mengalami deformasi dapat dikurangi secara efektif, menunda timbulnya retakan, dan jumlah deformasi yang lebih besar dapat dicapai sebelum material tersebut patah. Penghalusan biji-bijian banyak digunakan karena keunggulan ini.
3. Penguatan solusi padat
Fenomena peningkatan kekuatan dan kekerasan suatu logam dengan memasukkan unsur-unsur zat terlarut tertentu sehingga membentuk larutan padat disebut penguatan larutan padat. Penguatan larutan padat terjadi karena pelarutan atom-atom zat terlarut menyebabkan distorsi pada kisi kristal logam pelarut, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap gerakan dislokasi. Praktek telah membuktikan bahwa pengendalian yang tepat terhadap kandungan zat terlarut dalam larutan padat dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan material secara signifikan sambil tetap mempertahankan plastisitas dan ketangguhan yang baik. Misalnya: menambahkan 19% nikel ke tembaga dapat meningkatkan phib paduan dari 220MPa menjadi 380~400MPa, dan kekerasan dari HB44 menjadi HB70, sementara plastisitasnya tetap mempertahankan ψ=50%. Jika tembaga mencapai efek penguatan yang sama melalui cara lain (seperti pengerasan kerja selama deformasi dingin), plastisitasnya akan hampir hilang seluruhnya. Penguatan larutan padat adalah metode penguatan yang menggunakan interaksi antara atom-atom zat terlarut dan pergerakan dislokasi dalam larutan padat sehingga menyebabkan peningkatan tegangan aliran. Dengan menambahkan unsur paduan dalam jumlah yang sesuai ke dasar untuk membentuk larutan padat, kekuatan paduan secara umum akan ditingkatkan. Menurut teori Mott-Nabbaro, untuk larutan padat tipis, perubahan kekuatan luluh seiring dengan konsentrasi unsur terlarut dapat dinyatakan sebagai: б=бo+kCm. Dalam rumusnya, б adalah kekuatan luluh paduan; бo adalah kekuatan luluh logam murni; C adalah konsentrasi massa atom zat terlarut; k dan m adalah konstanta yang ditentukan oleh sifat-sifat matriks dan elemen paduan, dimana nilai m antara 0,5 dan 1.
4. Penuaan curah hujan (presipitasi) penguatan
Prinsip dasar penguatan presipitasi umur adalah dengan menambahkan unsur paduan pada tembaga yang mempunyai kelarutan padat yang sangat kecil pada suhu kamar dan kelarutan padat yang besar pada suhu tinggi. Melalui pengolahan larutan padat suhu tinggi, unsur-unsur paduan membentuk larutan padat lewat jenuh di basa. Ini Kekuatannya ditingkatkan dibandingkan dengan tembaga murni. Kemudian melalui penuaan, larutan padat jenuh terurai, unsur-unsur paduan mengendap dalam bentuk tertentu, dan terdispersi serta didistribusikan dalam basa membentuk fase pengendapan. Fase yang diendapkan secara efektif dapat mencegah pergerakan batas butir dan dislokasi, sehingga sangat meningkatkan kekuatan paduan. Unsur paduan yang menghasilkan penguatan presipitasi harus memenuhi dua kondisi berikut: pertama, kelarutan padat dalam tembaga pada suhu tinggi dan rendah sangat berbeda, sehingga fase penguatan yang cukup dapat dihasilkan selama penuaan; kedua, kelarutan padat dalam tembaga pada suhu kamar sangat berbeda. Kelarutannya sangat kecil untuk memastikan konduktivitas matriks yang tinggi. Penguatan presipitasi adalah metode penguatan yang paling banyak digunakan pada paduan tembaga berkekuatan tinggi dan konduktivitas tinggi. Pada paduan tembaga, untuk menghasilkan efek penguatan presipitasi penuaan, unsur-unsur yang ditambahkan meliputi Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe, dll. Keuntungan terbesar dari penguatan presipitasi penuaan adalah bahwa hal itu sangat besar. meningkatkan kekuatan material sekaligus meminimalkan kerusakan pada konduktivitas listrik.
5. Peningkatan difusi
Penguat dispersi adalah bahan yang dibuat dengan metalurgi serbuk dan metode lain setelah mencampurkan sepenuhnya bubuk fase penguat dispersi dengan bentuk dan ukuran tertentu dengan bubuk tembaga. Partikel fase kedua (Al2O3, ThO2, Zro2, dll.) didispersikan dan didistribusikan dalam matriks tembaga, dan kekuatan paduan tembaga ditingkatkan karena efek penguatan dispersi. Metode ini berdampak kecil pada konduktivitas listrik dan termal tembaga sekaligus meningkatkan kekuatan. Untuk memperoleh partikel fasa kedua yang terdistribusi secara terdispersi dalam matriks tembaga, dapat dianggap bahwa partikel fasa kedua ditambahkan ke matriks tembaga atau partikel fasa kedua yang terdistribusi secara terdispersi dihasilkan secara in situ dalam matriks tembaga melalui proses tertentu. Metode spesifiknya meliputi: metode pencampuran mekanis, metode kopresipitasi, metode oksidasi internal, metode presipitasi gel terbalik, metode presipitasi elektrolitik, dll. Mekanisme utama penguatan dispersi meliputi mekanisme Olowan dan mekanisme Ansel-Lenier.
(1) Mekanisme Orowan. Selama deformasi plastis, garis dislokasi tidak dapat langsung memotong partikel fasa kedua, tetapi di bawah pengaruh gaya luar, garis dislokasi dapat membengkok di sekitar partikel fasa kedua, dan akhirnya cincin dislokasi tertinggal di sekitar partikel fasa kedua dan memberi jalan. . Umpan yang salah. Pembengkokan dislokasi akan meningkatkan energi distorsi kisi pada daerah yang terkena dislokasi, sehingga meningkatkan resistensi terhadap pergerakan garis dislokasi dan meningkatkan resistensi slip.
(2) (2) Mekanisme Ansel-Lenier. GS Ansell dkk. mengusulkan model dislokasi lain untuk menghasilkan paduan yang diperkuat dispersi. Mereka menggunakan fraktur partikel fase kedua yang terdispersi akibat akumulasi dislokasi sebagai kriteria hasil. Ketika tegangan geser pada partikel sama dengan tegangan patah partikel terdispersi, maka paduan yang diperkuat dispersi akan luluh.
6. Penguatan komposit serat in-situ
Metode ini terutama mengacu pada penambahan unsur paduan berlebih (Cr, Fe, V, Nb, dll.) ke tembaga untuk memperoleh kompleks dua fase. Kelebihan unsur terdapat pada paduan yang dipadatkan dalam bentuk fasa tunggal dan struktur dendritik. Setelah itu, paduan tersebut diregangkan dengan deformasi yang besar, sehingga struktur dendritik elemen paduan berubah menjadi struktur serat. Kehadiran serat meningkatkan ketahanan terhadap gerakan dislokasi sehingga memperkuat material.
7. Tambahkan elemen jejak
Menambahkan elemen jejak tertentu ke dasar paduan tidak hanya dapat memperkuat paduan, tetapi juga merupakan cara yang efektif untuk mengembangkan bahan tahan korosi. Beberapa dari elemen jejak ini memperkuat paduan dengan membentuk fase terdispersi, dan beberapa dengan memurnikan struktur matriks, namun tidak satupun dari elemen tersebut secara signifikan mengurangi ketahanan terhadap korosi, sehingga meningkatkan kinerja paduan secara keseluruhan.
