Sprendimo senėjimas & Kritulių kietėjimas: Lengva suprasti

Lengva suprasti, kaip sensta sprendimo senėjimas & Kritulių kietėjantys metalai - mokyklinio proceso žingsniai, Mikrostruktūriniai mechanizmai.

Metalo terminio apdorojimo pasaulyje, Du terminai dažnai būna kartu -Sprendimo senėjimas & Kritulių kietėjimas.

Nors kartais jie gali atrodyti keičiami, Jų subtilūs skirtumai ir sinergetiniai vaidmenys yra labai svarbūs norint suprasti šiuolaikinius lydinio stiprinimo mechanizmus.

Suskaidykime šias sąvokas, Paaiškinkite painiavą, ir atskleiskite jų metalurginę magiją.

1. Kas yra sprendimo senėjimas ir kaip jis susijęs su kritulių kietėjimu?

Daugelis inžinierių ir metalurgų susiduria su šiais terminais terminio apdorojimo protokoluose.

Viena akimirka, Vadovas reikalauja Sprendimo senėjimas, Ir kitas, specialistas nurodo Kritulių gydymas—Degavimas net patyrę profesionalai suglumę.

Tiesą sakant, Abu yra glaudžiai susiję, bet ne identiški.

• Sprendimo senėjimas nurodo šilumos apdorojimo procesas, susideda iš dviejų pagrindinių etapų: Sprendimo gydymas, po kurio seka senėjimas.
• Kritulių kietėjimas, kita vertus, nurodo Mikrostruktūrinis ir stiprinimo mechanizmas Tai įvyksta senėjimo metu. Daugiausia dėmesio skiriama smulkių kritulių susidarymas Tai padidina medžiagos stiprumą.

Taigi, kol Sprendimo senėjimas yra procesas, Kritulių kietėjimas yra rezultatas.

2. Kietas tirpalo gydymas: Įgalinant „suliejimo vakarėlį“ lydinio fazėms

Apibrėžimas & Tikslas

Gydymas tirpalu (Taip pat vadinamas sprendimo gesinimas) apima lydinio kaitinimą į savo vienfazę lauką, Virš solvų (Kietos sąlygos) linija, bet žemiau solidus,

laikydamas jį pakankamai ilgai, kad ištirpintų visas antrines fazes, Tada greitai numalšinkite, kad „užšaldytumėte“ supersoruotą kietą tirpalą.

Šioje metastabilioje būsenoje matricoje yra kur kas daugiau tirpių atomų, nei pusiausvyra leidžia kambario temperatūroje,

Kontroliuojamų kritulių ir didžiausių mechaninių savybių nustatymas vėlesnio senėjimo metu.

Raktų žingsniai

• Šildymas į vienfazę regioną
• • Temperatūros pasirinkimas: Paprastai 20–50 ° C žemiau kieto.
  • Homogenizacijos mirkymas: Trukmė nustatoma difuzijos kinetika (T ≈ L2/π2d), Kur L atitinka pusę maksimalaus difuzijos atstumo (Pvz., Grūdų dydis arba pjūvio pusė).

• Greitas gesinimas
• • Žiniasklaidos pasirinkimas: Vanduo, Polimero tirpalas, aliejus, arba priverstinis oras, Pasirinkta subalansuoti aušinimo greitį su iškraipymo ar įtrūkimo rizika.
  • Tikslas: Užkirsti, taip išsaugant maksimalų viršų.

Termodinaminiai aspektai

• Supersation: Užgylimo gesinimas sulaiko aukštos temperatūros kompoziciją į kambario temperatūros matricą, Varomosios jėgos sukūrimas vėlesnėms krituliams.
• Metastalumas: Nors metastuojamas, Šis pakartotinis kietas sprendimas yra pagrindinis branduolio baudos sprendimas, vienodai išsklaidytos nuosėdos, kai kontroliuojamas senėjimas.

Apdorojimo parametrai & Kontrolė

Parametras	Tipiškas diapazonas	Efektas, jei neteisingai kontroliuojamas
Sprendimo temp.	Al lydiniai: 480–550 ° C. Tu pasivaikščiojai: 930–995 ° C. Bazėje: 1,020–1,060 ° C. Plienas: 1,000–1,050 ° C.	Per aukštas → grūdų griovys, pradinis tirpimas Per žemas → neišsamus tirpimas
Mirkyti laiką	30 Min -8h (priklausomai nuo skyriaus storio)	Nedideli Per didelis → per didelis grūdų augimas
Gesinimo terpė	Vanduo, polimeras, aliejus, oras	Lėtas gesinimas → daliniai krituliai per šaltą Greitas gesinimas → iškraipymas, įtrūkimai storose dalyse
Gesinimo agitacija	Maišytos vonios ar purškimo	Pagerina aušinimo vienodumą; Sumažina gradientus

Lengva suprasti: „Fusion Party“ analogija

Įsivaizduokite kiekvieną lydinio fazę kaip atskirą vakarėlio svečią.

Aukštoje temperatūroje, Kambarys tampa toks šiltas ir energingas, kad kiekvienas svečias (tirpi atomas) laisvai susimaišykite su šeimininko faze, formuojanti vieną vienalytę minią.

Tuo metu, kai muzika sustoja (Greitas gesinimas), Niekas neturi energijos ar laiko pergrupuoti į atskiras grupes - visi išlieka tolygiai paskirstomi.

Super žemyn iki žemės: „Ledas ir ugnis“ metafora

Jei jums labiau patinka visceralinis vaizdas, Pagalvokite apie metalo šildymą „raudona spalva“ (ugnis) ir tada pasinėręs į vandenį ar aliejų (ledas).

Šis staigus pasinėrimas užfiksuoja atomus vietoje, kaip akimirksniu užšąla tekančios lavos skulptūros į standžią, Stiklinė forma.

Tas „ledo ir ugnies“ jaudulys yra būtent tai, kas sukuria supersotuotą matricą kitam jūsų lydinio veiksmui: smulkios nuosėdos stiprinimas.

3. Senėjimo gydymas: Metalų „augimas ir transformacija“

Apibrėžimas & Tikslas

Senstantis gydymas seka tirpalo gesinimas, kad sąmoningai nusodintumėte smulkias antrosios fazės daleles iš viršgarsuojančio kieto tirpalo.

Laikydami lydinį kontroliuojamoje temperatūroje - kambario temperatūroje (Natūralus senėjimas) arba esant pakeltai, bet vidutinei temperatūroje (dirbtinis senėjimas),

Tiriamieji atomai difuziniai ir branduolio nanoskalės nuosėdos, trukdančios dislokacijos judesiui ir žymiai padidina stiprumą ir kietumą.

Raktų žingsniai

• Natūralus senėjimas
• • Sąlygos: Aplinkos temperatūra (20–25 ° C.).
  • Laiko tarpas: Valandos iki dienų (Pvz., 4–7 dienos al -Mg -Si lydiniams).
  • Mechanizmas: Lėta difuzija sudaro ypač smulkias grupes (GP -Zonai) Tai pamažu išsivysto į nuoseklias nuosėdas.

• Dirbtinis senėjimas
• • Sąlygos: Pakilusi temperatūra, Paprastai 100–200 ° C aliuminio lydiniams; 400–600 ° C plienams ir titano lydiniams.
  • Laiko tarpas: Minutės - kelios valandos, priklausomai nuo temperatūros ir lydinio sistemos.
  • Mechanizmas: Pagreitinta difuzija sukelia kontroliuojamą branduolį ir pusiau krantinių nuosėdų augimą (Pvz., θ ′ Al -Cu, γ ′ superlaidžiuose).

Kinetiniai aspektai

• Branduolio greitis (I): Smailės tarpiniame aušinime; Per aukšta temperatūra sumažina varomąją jėgą, tuo tarpu per daug žemos temperatūros sulėtina difuziją.
• Augimo greitis (G): Padidėja temperatūra, tačiau rizika sunaikina; Optimaliam senėjimui reikia balansavimo i ir G, kad būtų maksimaliai padidintas dalelių tankis ir sumažintas dydis.

Mikrostruktūros - nuosavybės evoliucija

• Nepakankama valstybė: Nedaug, labai maži nuosėdos → kuklus stiprumo padidėjimas, Aukštas lankstumas.
• Didžiausio lygio būsena: Didelis nuoseklių nuosėdų tankis → Maksimalus išeigos stipris, Vidutinis tvirtumas.
• Per senos būsena: Nusodina Cararseną ir praranda darną → nedidelio stiprumo kritimo, Patobulintas lankstumas.

Lengva suprasti: „Duonos kylančios“ analogija

Pagalvokite apie tirpalą paryškintą metalą kaip apie sumaišytą ir minkytą tešlą - vienodą, bet dar nepasiektą viso savo potencialo.

• Natūralus senėjimas yra tarsi leisti tešlai lėtai pakilti ant prekystalio: tai galiausiai sudaro struktūrą savarankiškai, Bet reikia laiko.
• Dirbtinis senėjimas yra tarsi tešlos įdėjimas į šiltą apsauginę dėžutę: jis kyla greičiau ir labiau nuspėjama.

Super žemyn iki žemės: „Laiko atpalaidavimo“ saldainių metafora

Įsivaizduokite saldainį su skonio kristalais, įdėtais į vidų. Iš pradžių, Jūs turite „supersotinius“ saldainius su visu sumaišytu cukrumi.

Laikui bėgant (arba su šiek tiek šilumos), Mažyčiai cukraus kristalai iškyla tiesiai po paviršiumi - drieša saldumo, kai įkandate žemyn.

Senėjimo gydymas yra metalurgijos atitikmuo: laikas (ir šiluma) Susidurkite minutę „cukrus“, dėl kurio metalas tampa stipresnis ir „kvapnesnis“.

4. Kritulių kietėjimas: Metalo stiprinimo „slaptas ginklas“

Apibrėžimas & Taikymo sritis

Kritulių kietėjimas (Taip pat vadinamas amžiaus sukietėjimu) yra procesas, kurio metu keičiamas supersoruotas kietas tirpalas - atidžiai kontroliuojama temperatūra ir laikas,

į smulkiai išsklaidytą antrosios fazės dalelių tinklą, kuris dramatiškai kliudo dislokacijos judesiui ir padidina derlingumo stiprumą bei kietumą.

Pagrindiniai žingsniai

• Superationation paruošimas
• • Gydant tirpalu ir greitai gesinti, Matrica sulaiko lydinių perteklių atomus, gerokai už jų pusiausvyros tirpumo aplinkos temperatūroje.

• Kontroliuojami krituliai (Senėjimas)
• • Kambario temperatūroje (Natūralus senėjimas) arba pakilus temperatūrai (Paprastai plienams 400–800 ° C, 150–200 ° C aliuminio lydiniams), Tie tirpūs atomai difuziškai ir branduoliai kaip nanoskalės dalelės.
• Dispersijos stiprinimas

• • Vienoda nuoseklių ar pusiau krovinių nuosėdų dispersija sukuria vietinių streso laukus;
    dislokacijos turi arba perpjauti, arba nusilenkti aplink kiekvieną kliūtį, reikalaujant žymiai didesnio taikomo įtempių.

Stiprinimo mechanizmai

• Suderinamumo padermės sukietėjimas: Nuoseklūs nuosėdos iškraipo aplinkines groteles, ELASTINIŲ STRESS LAFELIŲ KŪRIMAS, KURIŲ ATSAKYMAS.
• Užsisakykite kietėjimo: Labai užsakomiems krituliams reikia dislokacijų, Kritinio šlyties įtempio kėlimas.
• Orowan apėjimas: Didesnis, Pusiau paplitę ar nenuoseklios dalelės verčia dislokacijas nusilenkti ir kilti tarp jų, Sukurtas reikšmingas užpakalinis stresas.

Pramoniniai pavyzdžiai

• PH nerūdijantis plienas (pvz. 17–4 pH): Po sprendimo ar šalto darbo, Senėjimas 480–620 ° C temperatūroje nusodina vario turtus, Pasiekti tempimo stipriąsias puses > 1,200 MPA išlaikant atsparumą korozijai.
• Austenitiniai krituliai suklijuoti plienai: Senėjimas 400–500 ° C arba 700–800 ° C „Windows“ sukuria tarpmetalines fazes, skirtas programoms, reikalaujančioms ypač didelio stiprumo.
• Nikelio bazės supervietės: Tirpalo gydymas virš γ ′ solvus, Tada amžius esant 700–800 ° C, kad nusodintų Ni₃(Al,Iš) kuboidai - kritiniai atsparumui šliaužiant turbinų ašmenimis.

Lengva suprasti: „Dviejų stadijų treniruotės“ analogija

Pagalvokite apie kritulių kietėjimą kaip metalų kūno rengybos režimą:

1. Šilta (Gydymas tirpalu): Atlaisvinkite standžius raumenis - visomis standžiomis fazėmis iškirpdami į vieną, Lankioji masė.
2. Stiprumo treniruotės (Senėjimas): Įdiegus kruopščiai kalibruotą atsparumą - nuosėdos - tai verčia metalo vidinius „pluoštus“ (dislokacijos) dirbti sunkiau, Pastato stiprumas ir nelankstumas.

Super žemyn iki žemės: „Vaflinės geležies“ metafora

Įsivaizduokite, kad liejate tešlą (Supersantiškas sprendimas) į karštą vaflinę geležies (Senėjimo temperatūra).

Kai geležis įkaista ir paspaudžia tešlą, Tvirtos kišenės susidaro vienodoje tinklelyje.

Šios traškios keteros yra tarsi nano -precipitacijos - jie suteikia vafliui (metalas) jo papildomas tvirtumas ir įkandimas, Lygiai taip pat, kaip nusodina lydinio mechaninis „traškumas“.

5. Kodėl gi ne tik gydant tirpalu?

Iš pirmo žvilgsnio, Praleisti sprendimų gydymo žingsnį ir tiesiogiai į senėjimą gali atrodyti efektyvesnis.

Tačiau, Šis nuoroda sumenkina patį kritulių kietėjimo pagrindą. Štai kodėl Sprendimo gydymas yra būtinas prieš senėjant daugumoje lydinių sistemų:

Pasiekti a Supersantiškas kietas tirpalas

Raktas į efektyvų kritulių kietėjimą yra kuriant a Supersantiškas Kietas tirpalas-ne pusiausvyros būsena, kurioje matricoje yra tirpiųjų atomų, esant lygiui, toli už jų tirpumo kambario temperatūroje.

• Be tirpalo gydymo, Didžioji dalis antrojo etapo (Pvz., Tarpmetaliniai junginiai arba eutektinės fazės) lieka neišspręstas, Užrakinta prie grūdų ribų arba atskirtose zonose.
• Šios neišspręstos šiurkščios dalelės negali būti vienodai iš naujo pareikšti Senėjimo metu, ir kaip tokie, stiprinimas yra labai ribotas.

Užtikrinti nuosėdų subtilumą ir vienodą pasiskirstymą

Gydymas tirpale ištirpina šiurkščias antrosios fazės daleles, leidžiama Kontroliuojamas perdirbimas Senėjimo metu:

• Tai lemia bauda, tolygiai paskirstytos nuosėdos, kurie yra daug veiksmingesni, trukdant judėti dislokacijai.
• Praleiskite šį žingsnį Paprastai gaunamas didelis, nenuoseklios dalelės kurie siūlo mažai stiprinimo ir gali būti net skatinti trapumą arba sumažinti kietumą.

Norėdami sustiprinti darbingumą prieš galutinį sukietėjimą

Tirpalą apdoroti lydiniai paprastai yra minkštesnis ir stipresnis, kuris idealiai tinka formuoti, apdirbimas, ar kiti veiksmai po apdorojimo:

• Po formavimo baigtas, senėjimas Tada sukietėja lydinys iki galutinės jėgos.
• Jei senėjimas pirmiausia būtų atliktas be tirpalo apdorojimo, dalis liktų trapūs ir sunkiai apdoroti, Padidinti įtrūkimo ar nesėkmės riziką gamybos metu.

Norėdami suaktyvinti dešinę kritulių seką

Daugybė lydinių, ypač kritulių, kankinamų aliuminio ir titano sistemų, seka a Tiksli senėjimo seka (Pvz., GP zonos → i ”→ i '):

• Tirpalo apdorojimas atkuria mikrostruktūrą, Laido lolis reaguoja į šią seką.
• Praleidžiant tirpalo gydymą dažnai apeina veiksmingiausios stiprinimo fazės formavimas.

Lengva suprasti: Analogija „Kepti pyragą“

Įsivaizduokite, kad bandykite iškepti pyragą tiesiog palikdami žalią tešlą kambario temperatūroje, o ne kepdami jį pirmiausia:

• Žinoma, Jis gali šiek tiek išdžiūti ar šiek tiek sukietėti, tačiau jis niekada neturės konstrukcijos, skonis, arba tinkamai iškepto pyrago vientisumas.
• Gydymas tirpale yra kepimas; Senėjimas yra aušinimo ir nustatymo etapas kur bręsta struktūra.

Apibendrinant:

Sprendimo senėjimas ir kritulių kietėjimas yra dvi perspektyvos - procesas vs. Mechanizmas - tas pats dviejų pakopų šilumos gydymas, kuris palaiko daugybę šiuolaikinių lydinių stiprumo.

Įvaldant abu etapus, Metalurgistai atitinka stiprumą, ausmingumas, ir tvirtumas iki griežtų specifikacijų.

 

DUK

Kaip kietas sprendimas Austenitas ištirpina antrąją fazę?

Kai lydinys kaitinamas į vieną fazę (Austenitas) regionas, Lydinių elementų tirpumas smarkiai padidėja.

Tai skatina esamas antrosios fazės daleles, kad ištirptų atgal į austenitinę matricą, Sukurti uniformą, Supersantiškas sprendimas.

Kodėl mažos nuosėdos taip efektyviai sustiprina metalą?

Smulkūs nuosėdos yra tarsi tankus miškas, kai dislokacijos taškai.

Kaip dislokacijos bando paslysti, Jie turi arba perpjauti, arba nusilenkti aplink kiekvieną nuosėdą - reikalauti daug didesnio taikomo įtempio ir taip padidinti derliaus stiprumą.

Kodėl aliuminio lydinio tirpalo gydymas sumažina kietumą, o plieno gesinimas padidina kietumą?

• Aliuminio lydiniai Suformuokite ne martensitą; Sprendimo gesinimas tiesiog sukuria minkštą, Supersantiškas kietas tirpalas, Taigi pradinis kietumas yra mažas iki senėjimo.
• ŽemasAnglies plienai suformuokite martensitą gesinant - sunku, iškraipyta fazė - taigi, kai numalšinanti savaime, gaunamas didelis kietumas (Bet žemas tvirtumas).