پیری راه حل & سخت شدن: درک آسان

آسان برای درک چگونگی پیری راه حل & فلزات تبدیل سخت شدن بارش - مراحل فرآیند Learn, مکانیسم های ریزساختاری.

در دنیای عملیات حرارتی فلز, دو اصطلاح اغلب با هم ظاهر می شوند -پیری راه حل & سخت شدن.

در حالی که ممکن است در بعضی مواقع قابل تعویض باشد, تمایزات ظریف و نقشهای هم افزایی آنها برای درک مکانیسم های مدرن تقویت آلیاژ مهم است.

بیایید این مفاهیم را تجزیه کنیم, سردرگمی را روشن کنید, و از جادوی متالورژی پشت سر آنها پرده بردار.

1. پیری راه حل چیست و چگونه با سخت شدن بارش ارتباط دارد?

بسیاری از مهندسان و متالورژیست ها در پروتکل های عملیات حرارتی با این شرایط روبرو می شوند.

یک لحظه, یک کتابچه راهنمای کاربر پیری راه حل, و بعدی, یک متخصص به درمان بارش- حتی متخصصان باتجربه متعجب شدند.

در حقیقت, این دو هستند نزدیک به هم متصل اما یکسان نیست.

• پیری راه حل اشاره به فرآیند تصفیه حرارت, متشکل از دو مرحله اصلی: درمان محلول به دنبال پیری.
• سخت شدن, از طرف دیگر, اشاره به مکانیسم ریزساختاری و تقویت کننده که در طول پیری رخ می دهد. این تمرکز بر روی تشکیل رسوبات ریز که قدرت ماده را تقویت می کند.

بدین ترتیب, در حالی که پیری راه حل روند است, سخت شدن نتیجه است.

2. درمان محلول جامد: فعال کردن "حزب همجوشی" برای مراحل آلیاژ

تعریف & هدف

درمان راه حل (همچنین راه حل را خاموش می نامید) شامل گرم کردن آلیاژ در میدان فاز تک فاز آن است, بالاتر از حل (تکثیر) خط اما زیر Solidus,

نگه داشتن آن به اندازه کافی طولانی برای حل تمام مراحل ثانویه, سپس به سرعت به "یخ زدگی" یک محلول جامد اشباع نشده.

این حالت متاستیل حاوی اتم های به مراتب بیشتر در ماتریس نسبت به تعادل در دمای اتاق اجازه می دهد,

تنظیم مرحله برای بارش کنترل شده و خواص مکانیکی اوج در طول پیری بعدی.

مراحل کلیدی

• گرمایش به منطقه تک فاز
• • انتخاب دما: به طور معمول 20-50 درجه سانتیگراد زیر Solidus برای جلوگیری از ذوب جزئی.
  • همگن سازی: مدت زمان تعیین شده توسط سینتیک انتشار (T ≈ L2/π2d), کجا سعادت مطابق با نیمی از حداکثر فاصله انتشار (به عنوان مثال, اندازه دانه یا بخش نیمی از ضخامت).

• خاموشی سریع
• • انتخاب رسانه ها: اب, راه حل پلیمری, روغن, یا هوای اجباری, برای تعادل نرخ خنک کننده با خطر اعوجاج یا ترک خوردگی انتخاب شده است.
  • عینی: جلوگیری از هرگونه مجدداً در فازهای حل شده, بنابراین حفظ حداکثر اشباع فوق العاده.

ملاحظات ترمودینامیکی

• اشباع فوق العاده: فرونشست یک ترکیب دمای بالا را به یک ماتریس دما -دما - اتاق می بخشد, ایجاد یک نیروی محرک برای بارش بعدی.
• قابلیت استفاده: گرچه قابل استفاده است, این محلول جامد اشباع نشده برای هسته ای جریمه اصلی است, رسوبات پراکنده به طور یکنواخت تحت پیری کنترل شده.

پارامترهای پردازش & کنترل کردن

پارامتر	دامنه معمولی	اگر MIS کنترل شود ، تأثیر می گذارد
تسویه حساب.	آلیاژهای: 480-550 درجه سانتیگراد شما: 930-995 درجه سانتیگراد در پایه: 1,020-1،060 درجه سانتیگراد فولاد: 1,000-1،050 درجه سانتیگراد	بیش از حد زیاد در درشت دانه, ذوب اولیه خیلی کم انحلال ناقص
زمان خیس کردن	30 حداقل -8 ساعت (بستگی به ضخامت بخش دارد)	ذرات حل نشده باقیمانده زیر خب بیش از حد SOAK → رشد بیش از حد دانه
واژگونی	اب, پلیمر, روغن, هوا	فروپاشی آهسته → بارش جزئی در حین cooldown خاموش سریع → اعوجاج, ترک خوردگی در بخش های ضخیم
تحریک	حمام یا اسپری هم بزنید	یکنواختی خنک کننده را بهبود می بخشد; شیب را کاهش می دهد

درک آسان: قیاس "حزب همجوشی"

هر مرحله آلیاژ را به عنوان یک میهمان مهمانی مجزا تصور کنید.

در دمای بالا, اتاق آنقدر گرم و پرانرژی می شود که هر مهمان (اتم املاح) با فاز میزبان آزادانه در حال مخلوط کردن, تشکیل یک جمعیت همگن.

لحظه ای که موسیقی متوقف می شود (خاموش کردن), هیچ کس انرژی و زمان لازم برای جمع آوری مجدد به خوشه های جداگانه را ندارد - همه به طور یکنواخت توزیع می شوند.

فوق العاده پایین - به -: استعاره "یخ و آتش"

اگر تصویری احشایی تر را ترجیح می دهید, به گرم کردن فلز "قرمز" فکر کنید (آتش) و سپس آن را درون آب یا روغن فرو کنید (یخ).

این غوطه وری ناگهانی اتمها را در جای خود قفل می کند, مانند فوری یخ زدن یک مجسمه گدازه در جریان به یک سفت و سخت, فرم مانند شیشه.

این هیجان "یخ و آتش" دقیقاً همان چیزی است که ماتریس اشباع نشده را برای عمل بعدی آلیاژ شما ایجاد می کند: تقویت رسوب خوب.

3. درمان پیری: "رشد و تحول" فلزات

تعریف & هدف

درمان پیری به دنبال فرونشست محلول برای رسوب عمداً ذرات فاز دوم ریز از محلول جامد اشباع نشده.

با نگه داشتن آلیاژ در دمای کنترل شده - یا در دمای اتاق (پیری طبیعی) یا در دمای بالا اما متوسط (پیری مصنوعی),

اتم های املاح پراکنده و هسته نانولوله ها که مانع از حرکت جابجایی و افزایش قابل ملاحظه ای می شود ، قدرت و سختی را افزایش می دهد.

مراحل کلیدی

• پیری طبیعی
• • شرایط: دمای محیط (20-25 درجه سانتیگراد).
  • بازه زمانی: ساعت تا روز (به عنوان مثال, 4-7 روز برای آلیاژهای AL - MG - SI).
  • مکانیزم: انتشار آهسته خوشه های بسیار خوبی را تشکیل می دهد (مناطق GP -) که به تدریج در رسوبات منسجم تکامل می یابد.

• پیری مصنوعی
• • شرایط: درجه حرارت بالا, به طور معمول 100-200 درجه سانتیگراد برای آلیاژهای آلومینیوم; 400-600 درجه سانتیگراد برای فولادها و آلیاژهای تیتانیوم.
  • بازه زمانی: دقیقه تا چند ساعت, بسته به سیستم دما و آلیاژ.
  • مکانیزم: انتشار شتاب باعث ایجاد هسته کنترل شده و رشد رسوبات نیمه انبر می شود (به عنوان مثال, θ ′ در al -cu, γ ′ در SuperAlloys).

ملاحظات جنبشی

• میزان هسته سازی (من): قله در یک زیربنایی متوسط; دمای بیش از حد بالا نیروی محرکه را کاهش می دهد, در حالی که دمای بیش از حد کم انتشار را کند می کند.
• نرخ رشد (جف): با دما افزایش می یابد اما خطر درشت را به خطر می اندازد; پیری بهینه برای به حداکثر رساندن چگالی ذرات و به حداقل رساندن اندازه نیاز به تعادل I و G دارد.

ساختار ریزساختار -پروپری

• وضعیت زیر سن: چند, رسوبات بسیار کوچک → افزایش قدرت متوسط, انعطاف پذیری.
• وضعیت اوج سن: چگالی بالای رسوبات منسجم → حداکثر قدرت عملکرد, سختی متوسط.
• وضعیت بیش از سن: درشت را رسوب می کند و انسجام را از دست می دهد → قطره استحکام کمی, انعطاف پذیری بهبود یافته.

درک آسان: قیاس "افزایش نان"

به فلزی با خمیر محلول به عنوان خمیر که مخلوط و ورزیده شده است - یکنواخت اما هنوز به پتانسیل کامل خود نرسید..

• پیری طبیعی مانند اجازه دادن خمیر به آرامی روی پیشخوان است: سرانجام ساختار خود را به خودی خود تشکیل می دهد, اما زمان می برد.
• پیری مصنوعی مانند قرار دادن خمیر در یک جعبه اثبات گرم است: سریعتر و پیش بینی تر می شود.

فوق العاده پایین - به -: استعاره آب نبات "زمان"

یک آب نبات را با کریستال های عطر و طعم تعبیه شده در داخل تصور کنید. در ابتدا, شما یک آب نبات "اشباع نشده" با تمام قند مخلوط شده در آن دارید.

با گذشت زمان (یا با کمی گرما), کریستال های کوچک قند فقط در زیر سطح ظاهر می شوند.

درمان پیری معادل متالورژی است: زمان (و گرما) رسوبات "شکر" دقیقه ای که باعث می شود این فلز قوی تر و "طعم دهنده" باشد.

4. سخت شدن: "سلاح مخفی" تقویت فلز

تعریف & دامنه

سخت شدن (همچنین سخت شدن سن نیز نامیده می شود) فرآیندی است که با استفاده از آن یک محلول جامد اشباع نشده تغییر یافته است - در زیر دمای و زمان با دقت کنترل شده,

به یک شبکه ریز پراکنده از ذرات فاز دوم که به طرز چشمگیری مانع از حرکت جابجایی و تقویت قدرت و سختی عملکرد می شوند.

مراحل اصلی

• آماده سازی اشباع فوق اشباع
• • از طریق درمان محلول و خاموش شدن سریع, ماتریس بیش از حد اتم های آلیاژ را فراتر از حلالیت تعادل آنها در دمای محیط به دام می اندازد.

• بارش (پیری)
• • در دمای اتاق (پیری طبیعی) یا در دمای بالا (به طور معمول 400-800 درجه سانتیگراد برای فولادها, 150-200 درجه سانتیگراد برای آلیاژهای آلومینیوم), آن اتم های املاح به عنوان ذرات نانوسی پراکنده و هسته می شوند.
• تقویت پراکندگی

• • پراکندگی یکنواخت رسوبات منسجم یا نیمه انسداد ، زمینه های استرس موضعی ایجاد می کند;
    جابجایی ها باید در هر مانع از بین بروند یا تعظیم کنند, نیاز به فشارهای قابل توجهی بالاتر.

مکانیسم های تقویت کننده

• سخت شدن کرنش انسجام: منسجم رسوبات اطراف را تحریف می کند, ایجاد زمینه های استرس الاستیک که در جابجایی ها دفع می شود.
• سخت شدن: رسوبات بسیار سفارش داده شده نیاز به جابجایی برای قطع یک شبکه سفارش داده شده دارند, افزایش استرس برشی بحرانی.
• دور زدن اوروان: بزرگتر, ذرات نیمه انکار یا ناهماهنگ باعث جابجایی در تعظیم و حلقه بین آنها می شوند, تولید یک پشتی قابل توجه.

نمونه های صنعتی

• فولادهای ضد زنگ PH (به عنوان مثال. 17ph 4 pH): بعد از راه حل یا کار سرد, پیری در دمای 480-620 درجه سانتیگراد خوشه های غنی از مس را رسوب می کند, دستیابی به نقاط قوت کششی > 1,200 MPA در حالی که مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کند.
• فولادهای باستانی آستنیتی: پیری در ویندوز 400-500 درجه سانتیگراد یا 700-800 درجه سانتیگراد فازهای بین فلزی را برای برنامه هایی که خواستار قدرت فوق العاده بالا هستند تولید می کند.
• نیکل - قسمتهای بزرگ: راه حل - بالاتر از حل γ., سپس سن 700-800 درجه سانتیگراد برای رسوب NI₃(با هم,از) Cuboids - برای مقاومت در برابر خزش در تیغه های توربین مهم است.

درک آسان: قیاس "تمرین دو مرحله ای"

به سخت شدن بارش به عنوان یک رژیم تناسب اندام برای فلزات فکر کنید:

1. گرم کردن (درمان راه حل): شل شدن عضلات سفت - در حال حل و فصل همه مراحل سفت و سخت به یک واحد, توده پایدار.
2. تمرینات قدرتی (پیری): معرفی مقاومت با دقت کالیبره شده - رسوب می شود - که "الیاف" داخلی فلز را مجبور می کند (ابلاغیه) برای کار بیشتر, قدرت و استحکام ساختمان.

فوق العاده پایین - به -: استعاره "وافل آهن"

تصور کنید که خمیر را ریختن (محلول اشباع نشده) به یک آهن وافل داغ (دما پیری).

همانطور که آهن خمیر را گرم می کند و فشار می دهد, جیب های ترد در یک شبکه یکنواخت تشکیل می شوند.

این پشته های ترد مانند Nano - Precipitates هستند - آنها را به وافل می دهند (فلز) استحکام و نیش اضافی آن, درست همانطور که رسوب می کند ، "شفافیت" مکانیکی آلیاژ را تقویت می کند.

5. چرا فقط سن بدون درمان راه حل نیست?

در نگاه اول, پرش از مرحله درمان راه حل و مستقیم به پیری ممکن است کارآمدتر به نظر برسد.

هر چند, این میانبر پایه و اساس سخت شدن بارش را تضعیف می کند. به همین دلیل است درمان راه حل ضروری است قبل از پیری در بیشتر سیستم های آلیاژ:

برای دستیابی به محلول جامد اشباع نشده

کلید سخت شدن بارش موثر در ایجاد اشباع شده محلول جامد-حالت غیر تعادل که در آن اتم های املاح در ماتریس در سطوح بسیار فراتر از حلالیت آنها در دمای اتاق وجود دارند.

• بدون درمان راه حل, بیشتر مرحله دوم (به عنوان مثال, ترکیبات بین فلزی یا مراحل eutectic) همچنان حل نشده است, در مرزهای دانه یا در مناطق جدا شده قفل شده است.
• این ذرات درشت حل نشده نمی توان دوباره به طور یکنواخت پیش بینی کرد در حین پیری, و به همین ترتیب, تقویت به شدت محدود است.

برای اطمینان از ظرافت و توزیع یکنواخت

درمان محلول ذرات فاز دوم درشت را حل می کند, اجازه دادن بازپرداخت کنترل شده در حین پیری:

• این نتیجه در خوب, رسوبات توزیع شده یکنواخت, که در جلوگیری از حرکت جابجایی بسیار مؤثر هستند.
• پرش از این مرحله به طور معمول بازده بزرگ, ذرات ناهماهنگ این تقویت کننده کمی است و حتی ممکن است ترویج شستشو یا سختی را کاهش دهید.

برای افزایش کارآیی قبل از سخت شدن نهایی

آلیاژهای تحت درمان با محلول به طور کلی هستند نرم تر و انعطاف پذیر تر, که برای شکل گیری ایده آل است, ماشینکاری, یا سایر مراحل پس از پردازش:

• پس از شکل گیری کامل است, پیری سپس آلیاژ را به قدرت نهایی خود سخت می کند.
• اگر پیری ابتدا بدون درمان محلول انجام می شد, قسمت باقی خواهد ماند شکننده و سخت برای پردازش, افزایش خطر ترک خوردگی یا خرابی در هنگام تولید.

برای فعال کردن توالی بارش مناسب

بسیاری از آلیاژها-به ویژه سیستم های آلومینیوم و تیتانیوم قابل تشخیص بارس- دنباله پیری دقیق (به عنوان مثال, مناطق GP → I "→ I '):

• درمان راه حل ریزساختار را بازنشانی می کند, پاسخ دادن به آلیاژ به این دنباله.
• پرش از درمان محلول اغلب از تشکیل موثرترین مراحل تقویت کننده دور می شود.

درک آسان: قیاس "پخت کیک"

تصور کنید که به جای اینکه ابتدا آن را پخت و پز کنید ، سعی می کنید کیک را به سادگی با ترک خمیر خام در دمای اتاق برای چند روز پخت کنید:

• مطمئن, ممکن است کمی خشک شود یا سخت شود - اما هرگز ساختار آن را نخواهد داشت, طعم, یا یکپارچگی یک کیک به درستی پخته شده.
• درمان محلول پخت است; پیری مرحله خنک کننده و تنظیم است جایی که ساختار بالغ می شود.

خلاصه:

پیری محلول و سخت شدن بارش دو دیدگاه است - فرآیند در مقابل. مکانیسم - با همان گرمای دو مرحله ای - که زیربنای قدرت بالای آلیاژهای بی شماری مدرن است.

با تسلط بر هر دو مرحله, متالورژیست ها قدرت را تنظیم می کنند, انعطاف پذیری, و سختی به مشخصات دقیق.

 

متداول

چگونه راه حل جامد آستنیت مرحله دوم را حل می کند?

هنگامی که آلیاژ در فاز منفرد گرم می شود (وابسته به اوستن) منطقه, حلالیت عناصر آلیاژ به شدت افزایش می یابد.

این ذرات فاز دوم موجود را برای حل مجدد به ماتریس آستنیتی سوق می دهد, ایجاد یکنواخت, محلول اشباع شده اشباع شده.

چرا رسوبات ریز و درشت این فلز را به طور مؤثر تقویت می کنند?

رسوبات ریز مانند یک جنگل متراکم از نقاط پین کردن برای جابجایی ها است.

همانطور که جابجایی ها سعی می کنند گذشته را لغو کنند, آنها یا باید در اطراف هر رسوب بریده یا تعظیم کنند - استرس بسیار بالاتر و در نتیجه افزایش قدرت عملکرد.

چرا درمان آلیاژ آلومینیوم - آلیاژ سختی را کاهش می دهد, در حالی که فرونشست فولاد سختی را افزایش می دهد?

• آلیاژهای آلومینیوم بدون مارتنزیت; خاموش کردن راه حل به سادگی یک نرم ایجاد می کند, محلول جامد اشباع نشده, بنابراین سختی اولیه تا پیری کم است.
• کمفولاد کربن مارتنزیت را پس از خاموش کردن شکل دهید - سخت, فاز تحریف شده - بنابراین خاموش کردن خود سختی بالایی دارد (اما سختی کم).