솔루션 노화 방법을 이해하기 쉽습니다 & 강수 경화 변환 금속 - 학습 공정 단계, 미세 구조 메커니즘.
금속 열처리의 세계에서, 두 용어가 종종 함께 나타납니다.솔루션 노화 & 강수 경화.
그들은 때때로 서로 바꿀 수있는 것처럼 보일 수 있습니다, 그들의 미묘한 차이와 시너지 역할은 현대 합금 강화 메커니즘을 이해하는 데 중요합니다..
이 개념을 분해합시다, 혼란을 명확하게하십시오, 그리고 그들 뒤에 야금 마법을 발견하십시오.
1. 솔루션 노화 가란 무엇이며 강수 경화와 어떤 관련이 있습니까??
많은 엔지니어와 야금 학자들은 열처리 프로토콜 에서이 용어를 만난다..
한 순간, 수동 전화가 필요합니다 솔루션 노화, 그리고 다음, 전문가가 말합니다 강수 치료- 경험이 풍부한 전문가조차도 의아해했습니다.
사실, 두 사람은 밀접하게 연결되었지만 동일하지는 않습니다.
- 솔루션 노화 참조 열 처리 과정, 두 가지 주요 단계로 구성됩니다: 솔루션 처리 후 노화.
- 강수 경화, 반면에, 참조 미세 구조 및 강화 메커니즘 노화 중에 발생합니다. 그것은에 중점을 둡니다 미세한 침전물의 형성 재료 강도를 향상시킵니다.
따라서, ~하는 동안 솔루션 노화 과정입니다, 강수 경화 결과입니다.
2. 고체 용액 처리: 합금 단계에 대한 "퓨전 파티"를 활성화합니다
정의 & 목적
솔루션 처리 (솔루션 담금질이라고도합니다) 합금을 단일 상 필드로 가열하는 것을 포함합니다, Solvus 위 (솔루션) 라인이지만 solidus 아래,
모든 2 차 단계를 녹일 수있을만큼 오래 유지합니다, 그런 다음 급속히 담금질하여 과포화 된 고체 용액을 "동결"합니다..
이 준평성 상태는 평형보다 실온에서 허용하는 것보다 매트릭스에 훨씬 더 많은 용질 원자를 함유합니다.,
후속 노화 동안 제어 된 강수량 및 피크 기계적 특성을위한 단계 설정.
주요 단계
- 단상 영역으로의 가열
-
- 온도 선택: 부분적 용융을 피하기 위해 일반적으로 solidus 아래 20–50 ° C.
- 균질화 흡수: 확산 동역학에 의해 결정된 지속 시간 (t ≈ l2/π2d), 어디 엘 최대 확산 거리의 절반에 해당합니다 (예를 들어, 곡물 크기 또는 단면 반 두께).
- 빠른 담금질
-
- 미디어 선택: 물, 중합체 용액, 기름, 또는 강제 공기, 냉각 속도의 균형을 잡기 위해 선택.
- 목적: 용해 된 단계의 조기 재 형성을 방지합니다, 따라서 최대 과포화를 보존합니다.
열역학적 고려 사항
- 과포화: Quench는 고온 조성물을 객실 - 온도 매트릭스에 갇히게합니다., 나중에 강수량을위한 원동력 창출.
- 전이성: 주목할만한 경우, 이 과포화 된 고체 용액은 미세를 핵화시키기 위해 가장 중요합니다, 통제 된 노화 하에서 균일하게 분산 된 침전물.
처리 매개 변수 & 제어
| 매개 변수 | 일반적인 범위 | 잘못 제어되는 경우 효과 |
|---|---|---|
| 솔루션 온도. | AL 합금: 480–550 ° C 당신은 ALLAYS: 930–995 ° C 기본: 1,020–1,060 ° C 강: 1,000–1,050 ° C |
너무 높음 → 곡물 조잡, 초기 용융 너무 낮은 → 불완전한 용해 |
| 시간을 담그십시오 | 30 최소 -8h (단면 두께에 따라) | 언더 샤크 → 잔류 용발되지 않은 입자 과도한 → 과도한 곡물 성장 |
| 배양을 che습니다 | 물, 중합체, 기름, 공기 | 냉담한 시간 동안 속도를 느리게합니다 빠른 담금질 → 왜곡, 두꺼운 부분에서 균열 |
| 담금질 교반 | 교반 된 목욕이나 스프레이 | 냉각의 균일 성을 향상시킵니다; 그라디언트를 줄입니다 |
이해하기 쉽습니다: "퓨전 파티"비유
각 합금 단계를 독특한 파티 게스트로 상상해보십시오.
고온에서, 방은 너무 따뜻하고 활력이되어 모든 손님이 (용질 원자) 호스트 단계와 자유롭게 섞는다, 균질 한 군중 하나를 형성합니다.
음악이 멈추는 순간 (빠른 켄 첸), 아무도 별도의 클러스터로 재편성 할 에너지 나 시간이 없습니다..
슈퍼 하향: "얼음과 불"은유
더 내장 이미지를 선호하는 경우, 금속을 가열하는 것을 "빨간색 hot" (불) 그런 다음 물이나 기름에 넣습니다 (얼음).
이 갑자기 급락은 원자를 제자리에 고정시킵니다, 흐르는 용암 조각을 엄격하게 얼리는 것처럼, 유리 같은 형태.
"얼음과 불"스릴: 미세한 침전물 강화.
3. 노화 치료: 금속의“성장과 변형”
정의 & 목적
노화 처리는 용액 담금질을 따른다..
실온에서 합금을 제어 된 온도로 유지함으로써 (자연 노화) 또는 고온에서 온도가 높습니다 (인공 노화),
용질 원자는 탈구 운동을 방해하고 강도와 경도를 크게 증가시키는 나노 스케일 침전물 확산 및 핵 생성.
주요 단계
- 자연 노화
-
- 정황: 주변 온도 (20–25 ° C).
- 시간 프레임: 몇 시간에서 며칠 (예를 들어, 4al -mg -si 합금의 경우 –7 일).
- 기구: 느린 확산은 매우 미세한 클러스터를 형성합니다 (GP Zones) 그것은 점차 일관된 침전으로 진화합니다.
- 인공 노화
-
- 정황: 온도 상승, 알루미늄 합금의 경우 일반적으로 100-200 ° C; 400강 및 티타늄 합금의 경우 –600 ° C.
- 시간 프레임: 몇 분에서 몇 시간, 온도 및 합금 시스템에 따라.
- 기구: 가속화 된 확산은 제어 된 핵 생성 및 반 동사 침전물의 성장을 생성합니다. (예를 들어, al -cu에서 θ ', 슈퍼 합금에서의 γ ').
운동 고려 사항
- 핵 생성 속도 (나): 중간 언더 쿨링에서 피크; 지나치게 높은 온도는 구동력을 줄입니다, 지나치게 저온은 확산 속도가 느려집니다.
- 성장률 (G): 온도에 따라 증가하지만 위험이 굳습니다; 최적의 노화는 입자 밀도를 극대화하고 크기를 최소화하기 위해 I 및 G 균형을 유지해야합니다..
미세 구조 - 진화 진화
- 지하 상태: 약간의, 매우 작은 침전물 → 겸손한 강도 이득, 높은 연성.
- 피크 에이드 상태: 코 히어 런트 침전의 고밀도 → 최대 항복 강도, 적당한 강인함.
- 과잉 상태: 조잡하게 촉발하고 일관성을 잃습니다 → 약간의 강도 강하, 연성 개선.
이해하기 쉽습니다: “빵 상승”비유
솔루션 - 정화 금속을 혼합하고 반죽 한 반죽으로 생각하십시오..
- 자연 노화 반죽이 카운터에서 천천히 상승하는 것과 같습니다.: 그것은 결국 그 자체로 구조를 형성합니다, 그러나 시간이 걸립니다.
- 인공 노화 반죽을 따뜻한 교정 상자에 넣는 것과 같습니다.: 더 빠르고 예측할 수 있습니다.
슈퍼 하향: "시간 릴레레스"사탕 은유
내부에 풍미가 내장 된 사탕을 상상해보십시오. 처음에, 당신은 모든 설탕이 혼합 된 "과포화 된"사탕을 가지고 있습니다..
시간이 지남에 따라 (또는 약간의 따뜻함), 작은 설탕 결정이 표면 바로 아래에 나타납니다..
노화 치료는 야금 동등한 것입니다: 시간 (그리고 열) 고양이“설탕”은 금속을 더 강력하고“맛이 좋게 만듭니다.
4. 강수 경화: 금속 강화의 "비밀 무기"
정의 & 범위
강수 경화 (연령 경화라고도합니다) 초 전염성 고체 용액이 변형되는 과정 - 신중하게 제어 된 온도와 시간에 따라,
탈구 운동을 극적으로 방해하고 항복 강도와 경도를 높이는 2 상 입자의 미세하게 분산 된 네트워크로.
핵심 단계
- 과포화 준비
-
- 솔루션 처리 및 빠른 담금질을 통해, 매트릭스는 주변 온도에서 평형 용해도를 넘어서 과도한 합금 원자를 가두어.
- 통제 된 강수 (노화)
-
- 실온에서 (자연 노화) 또는 고온에서 (강철의 경우 일반적으로 400–800 ° C, 150알루미늄 합금의 경우 –200 ° C), 이 용질 원자는 나노 스케일 입자로서 확산되고 핵 생성된다.
- 분산 강화
-
- 코 히어 런트 또는 반 동사 침전물의 균일 한 분산은 국소 응력 필드를 생성합니다.;
탈구는 각 장애물 주위를 잘라 내거나 절해야합니다., 실질적으로 더 높은 적용 응력이 필요합니다.
- 코 히어 런트 또는 반 동사 침전물의 균일 한 분산은 국소 응력 필드를 생성합니다.;
강화 메커니즘
- 일관성 변형 경화: 일관된 침전물은 주변 격자를 왜곡합니다, 탈구를 격퇴하는 탄성 응력 필드를 만듭니다.
- 주문 경화: 고도로 주문 된 침전물, 임계 전단 응력을 높이십시오.
- 오로완 우회: 더 큰, 반 코 히어 런트 또는 일관성 입자는 탈구가 그들 사이에서 절을하고 반복하도록 강요, 상당한 역류를 생성합니다.
산업 사례
- pH 스테인리스 강 (예를 들어. 17- 4 ph): 해결책이나 냉 작업 후, 480–620 ° C에서의 노화는 구리가 풍부한 클러스터를 침전시킵니다, 인장 강도 달성 > 1,200 부식성을 유지하는 동안 MPA.
- 오스테 나이트 침전 - 배열 강: 400–500 ° C 또는 700–800 ° C의 노화 Windows는 초고속 강도를 요구하는 응용 분야에 금속 간 단계를 생성합니다..
- 니켈베이스 슈퍼 합금: γ 'Solvus 위의 용액 - 처리, 그런 다음 700-800 ° C에서 나이를 눌러 Ni₃를 침전시킵니다(알,의) cuboids - 터빈 블레이드의 크리프 저항에 대한 비판적.
이해하기 쉽습니다: “2 단계 운동”비유
강수 경화를 금속의 피트니스 요법으로 생각하십시오.:
- 따뜻한 (솔루션 처리): 뻣뻣한 근육을 느슨하게하여 모든 강력한 단계를 단일로 분리합니다, 유연한 질량.
- 근력 훈련 (노화): 금속의 내부 "섬유"를 강요하는 신중하게 보정 된 저항 (신중한 침전물)을 소개합니다. (탈구) 더 열심히 일합니다, 건물 강도와 강성.
슈퍼 하향: “와플 아이언”은유
반죽을 쏟아 붓는다 고 상상해보십시오 (과포화 솔루션) 뜨거운 와플 아이언으로 (노화 온도).
다리미가 가열되어 반죽을 눌렀을 때, 선명한 주머니는 균일 한 그리드로 형성됩니다.
이 바삭 바삭한 융기 부는 나노 형성과 같으며 와플을 제공합니다 (금속) 여분의 강성과 물린, 침전물이 합금의 기계적 "파삭 파삭"을 강화하는 것처럼.
5. 솔루션 치료가없는 나이가 아닌 이유는 무엇입니까??
언뜻보기에, 솔루션 치료 단계를 건너 뛰고 노화로 직접 진행하면 더 효율적으로 보일 수 있습니다..
하지만, 이 단축키는 강수 경화의 기초를 훼손합니다. 이유는 다음과 같습니다 솔루션 처리가 필수적입니다 대부분의 합금 시스템에서 노화하기 전에:
달성하려면 과포화 된 고체 용액
효과적인 강수 강화의 열쇠는 과포화 고체 용액-용질 원자가 실온에서 용해도를 넘어서서 매트릭스에 존재하는 비평 형 상태.
- 솔루션 처리없이, 두 번째 단계의 대부분 (예를 들어, 금속 간 화합물 또는 공융 상) 용해되지 않은 상태로 남아 있습니다, 입자 경계 또는 분리 된 구역 내에 잠겨 있습니다.
- 이 용해되지 않은 거친 입자 균일하게 다시 제공 할 수 없습니다 노화 중, 그와 같이, 강화는 심각하게 제한됩니다.
침전물을 보장하고 균일 한 분포를 보장합니다
용액 처리는 거친 2 상 입자를 용해시킨다, 허용 통제 된 재확인 노화 중:
- 결과가 발생합니다 괜찮은, 균일하게 분포 된 침전물, 이는 탈구 운동을 방해하는 데 훨씬 효과적입니다.
- 이 단계를 건너 뛰십시오 일반적으로 생산됩니다 크기가 큰, 일관성 입자 그것은 거의 강화를 거의 제공하지 않으며 심지어도 할 수 있습니다 Brittleness를 홍보하십시오 또는 강인함을 줄입니다.
최종 경화 전에 작업 성을 향상시킵니다
용액 처리 된 합금은 일반적으로입니다 더 부드럽고 연성, 형성에 이상적입니다, 가공, 또는 기타 후 처리 단계:
- 성형 후 완료된 후, 노화 그런 다음 합금을 최종 강도로 강화시킵니다.
- 솔루션 치료없이 노화가 먼저 수행 된 경우, 부분은 남아있을 것입니다 취성하고 처리하기가 어렵습니다, 제조 중 균열 또는 고장의 위험을 증가시킵니다.
오른쪽 강수 순서를 활성화합니다
많은 합금, 특히 침전 가능 알루미늄 및 티타늄 시스템은 a 정확한 노화 순서 (예를 들어, GP Zones → I”→ I '):
- 솔루션 처리는 미세 구조를 재설정합니다, 이 시퀀스에 반응하는 합금을 만듭니다.
- 솔루션 처리를 건너 뛰는 것은 종종 가장 효과적인 강화 단계의 형성을 우회합니다..
이해하기 쉽습니다: “케이크 베이킹”비유
먼저 굽는 대신 며칠 동안 실온에서 생 반죽을 떠나 케이크를 굽는 것을 상상해보십시오.:
- 확신하는, 건조하거나 약간 굳을 수도 있지만 구조가 없습니다., 맛, 또는 제대로 구운 케이크의 무결성.
- 해결책 처리는 베이킹입니다; 노화는 냉각 및 설정 단계입니다 구조가 성숙하는 곳.
요약:
솔루션 노화 및 강수 경화 경화는 두 가지 관점 (프로세스 대)입니다. 메커니즘 - 수많은 현대 합금의 높은 강도를 뒷받침하는 동일한 2 스테프 열 처리..
두 단계를 마스터함으로써, 야금 학자들은 힘을 조정합니다, 연성, 그리고 정확한 사양에 대한 강인성.
FAQ
고체 용액 오스테 나이트는 두 번째 단계를 어떻게 용해합니까??
합금이 단상으로 가열 될 때 (오스테 나이트) 지역, 합금 요소의 용해도는 급격히 증가합니다.
이것은 기존의 2 상 입자를 구동하여 오스테 나이트 매트릭스로 다시 용해됩니다., 유니폼 생성, 과포화 솔루션.
왜 작은 침전물이 금속을 효과적으로 강화 시키는가?
미세한 침전물은 탈구를위한 고정점의 울창한 숲과 같습니다..
탈구로 인해 지나치게 미끄러 져 들어갑니다, 그들은 각 침전물 주위를 자르거나 절을해야합니다..
