Risinājumu novecošana & Nokrišņu sacietēšana: Viegli saprotams

Viegli saprast, kā risinājumu novecošana & Nokrišņu sacietēšana pārveido metālus - pamata procesa pakāpes, mikrostrukturālie mehānismi.

Metāla termiskās apstrādes pasaulē, Divi termini bieži parādās kopā -Risinājumu novecošana & nokrišņu sacietēšana.

Kaut arī dažreiz tie var šķist savstarpēji aizvietojami, Viņu smalkās atšķirības un sinerģiskās lomas ir galvenās, lai izprastu mūsdienu sakausējuma stiprināšanas mehānismus.

Sadalīsim šos jēdzienus, noskaidrojiet apjukumu, un atklājiet metalurģisko maģiju aiz viņiem.

1. Kas ir šķīduma novecošanās un kā tas attiecas uz nokrišņu sacietēšanu?

Daudzi inženieri un metalurgisti sastopas ar šiem terminiem termiskās apstrādes protokolos.

Viens mirklis, Manuāls aicinājums Risinājumu novecošana, un nākamais, Speciālists atsaucas uz nokrišņu apstrāde—Lašana pat pieredzējušiem profesionāļiem neizpratnē.

Patiesībā, abi ir cieši savienots, bet nav identisks.

• Risinājumu novecošana attiecas uz termiskās apstrādes process, kas sastāv no diviem galvenajiem posmiem: risinājumu ārstēšana, kam seko novecošanās.
• Nokrišņu sacietēšana, No otras puses, attiecas uz Mikrostruktūras un stiprināšanas mehānisms kas notiek novecošanās laikā. Tas koncentrējas uz smalku nogulsnes veidošanās kas uzlabo materiāla izturību.

Tādējādi, kamēr Risinājumu novecošana ir process, nokrišņu sacietēšana ir rezultāts.

2. Cieta šķīduma ārstēšana: Dodot iespēju “saplūšanas ballītei” sakausējuma fāzēm

Definīcija & Mērķis

Risinājumu ārstēšana (Saukts arī par risinājumu rūdīšanu) ietver sakausējuma sildīšanu viena fāzes laukā, virs Solvus (cietsirdība) līnija, bet zem solidus,

turot to pietiekami ilgi, lai izšķīdinātu visas sekundārās fāzes, tad strauji remdējot, lai “iesaldētu” pārsātinātu cietu šķīdumu.

Šis metastable stāvoklis matricā satur daudz izšķīdinātus atomus, nekā līdzsvars ļauj istabas temperatūrai,

Iestatot kontrolēto nokrišņu un maksimālo mehānisko īpašību posmu nākamās novecošanās laikā.

Galvenie soļi

• Sildīšana līdz vienfāžu reģionam
• • Temperatūras izvēle: Parasti 20–50 ° C zem solidus, lai izvairītos no daļējas kausēšanas.
  • Homogenizācijas mērcēšana: Ilgums, ko nosaka difūzijas kinētika (t ≈ l2/π2d), kur Lukturis atbilst pusei no maksimālā difūzijas attāluma (Piem., graudu lielums vai sekcijas pussvīrs).

• Straujš rūdīšana
• • Plašsaziņas līdzekļu izvēle: Laistīt, polimēra šķīdums, eļļas, vai piespiedu gaiss, Izvēlēts, lai līdzsvarotu dzesēšanas ātrumu ar kropļojumu vai plaisāšanas risku.
  • Mērķis: Novērst priekšlaicīgu izšķīdušo fāžu atkārtotu iegūšanu, tādējādi saglabājot maksimālu pārsātinājumu.

Termodinamiskie apsvērumi

• Piesātinājums: Recenčs iesprauž augstas temperatūras sastāvu istabas un temperatūras matricā, Virzošā spēka radīšana vēlākiem nokrišņiem.
• Metastabilitāte: Lai arī metastabls, Šis piesātinātais cietais šķīdums ir galvenais soda naudas kodols, Vienveidīgi izkliedēti nogulsnes kontrolētā novecošanā.

Apstrādes parametri & Kontrolēt

Parametrs	Parasti diapazons	Efekts, ja tas ir nepareizi kontrolēts
Risinājums.	Al sakausējumi: 480–550 ° C Jūs mazināt: 930–995 ° C Bāzē: 1,020–1 060 ° C Tēraudi: 1,000–1 050 ° C	Pārāk augsts → graudu rupji, sākuma kušana Pārāk zems → nepilnīga izšķīšana
Iemērkt laiku	30 Min -8h (Atkarībā no sekcijas biezuma)	Nepietiekams SOK → Nolaistās daļiņas atlikušās daļiņas Pārmērīga graudu augšana → pārmērīga graudu augšana
Dzirnavas vide	Laistīt, polimērs, eļļas, gaisa	Lēna rūdīšana → Daļēji nokrišņi cooldown laikā Ātra dzēšana → kropļojumi, plaisāšana biezās daļās
Dzirnavas uzbudinājums	Maisa vanna vai aerosols	Uzlabo dzesēšanas vienveidību; samazina slīpumus

Viegli saprotams: “Fusion partijas” analoģija

Iedomājieties katru sakausējuma fāzi kā atšķirīgu ballītes viesi.

Augstā temperatūrā, Istaba kļūst tik silta un enerģiska, ka katrs viesis (izšķīdušais atoms) Brīvi ar saimnieka fāzi, Veidojot vienu viendabīgu pūli.

Brīdī, kad mūzika apstājas (Ātra dzēšana), Nevienam nav enerģijas vai laika, lai pārgrupētos atsevišķās kopās - ikviens paliek vienmērīgi sadalīts.

Super pazemināts uz Zemi: “Ledus un uguns” metafora

Ja jūs dodat priekšroku viscerālākam attēlam, Domājiet par metāla sildīšanu “sarkanais -Hot” (aizdedzināt) un pēc tam to ielaiž ūdenī vai eļļā (ledus).

Šis pēkšņais ienirt atomi aizslēdz vietā, Tāpat kā uzreiz sasaldējot plūstošu lavas skulptūru stingrā veidā, Stikla līdzīga forma.

Ka “ledus un uguns” aizraušanās ir tieši tas, kas rada piesātināto matricu jūsu sakausējuma nākamajai darbībai: Smalkas nogulsnes stiprināšana.

3. Novecošanās ārstēšana: Metālu “augšana un pārveidošana”

Definīcija & Mērķis

Novecojoša ārstēšana seko šķīdumam, lai apzināti izgulsnētu smalkas otrās fāzes daļiņas no saudzētā cietā šķīduma.

Turot sakausējumu kontrolētā temperatūrā - vai nu istabas temperatūrā (dabiska novecošanās) vai paaugstinātā, bet mērenā temperatūrā (mākslīga novecošanās),

izšķīdušie atomi izkliedē un nanomērogā nogulsnējas, kas kavē dislokācijas kustību un būtiski palielina izturību un cietību.

Galvenie soļi

• Dabiska novecošanās
• • Apstākļi: Apkārtējā temperatūra (20–25 ° C).
  • Laika posms: Stundas līdz dienām (Piem., 4–7 dienas al -mg -Si sakausējumiem).
  • Mehānisms: Lēna difūzija veido ārkārtīgi smalkas kopas (Ģimenes zonas) kas pakāpeniski attīstās koherentos nogulsnes.

• Mākslīga novecošanās
• • Apstākļi: Paaugstināta temperatūra, parasti 100–200 ° C alumīnija sakausējumiem; 400–600 ° C tēraudiem un titāna sakausējumiem.
  • Laika posms: Minūtes līdz vairākām stundām, Atkarībā no temperatūras un sakausējuma sistēmas.
  • Mehānisms: Paātrināta difūzija rada kontrolētu kodolu veidošanos un pushoherent nogulsnes augšanu (Piem., θ ′ al -cu, γ ′ superakavā).

Kinētiskie apsvērumi

• Kodolizācijas ātrums (Es): Virsotnes starpposmā; Pārlieku augsta temperatūra samazina virzošo spēku, savukārt pārāk zema temperatūra palēnina difūziju.
• Izaugsmes temps (Gan): Palielinās līdz ar temperatūru, bet riskē rupji; Optimālai novecošanai ir nepieciešams līdzsvarot I un G, lai palielinātu daļiņu blīvumu un samazinātu izmēru.

Mikrostruktūras un īpašuma evolūcija

• Nepietiekams stāvoklis: Maz, Ļoti mazi nogulsnes → pieticīgs stiprības pieaugums, augsta elastība.
• Maksimālā stāvoklis: Augsts koherentu nogulsnes blīvums → maksimālais ražas stiprums, Mērena izturība.
• Pārmērīga valsts: Nogulsnējas rupji un zaudē koherenci → neliels stiprības kritums, Uzlabota elastība.

Viegli saprotams: “Maizes celšanās” analoģija

Padomājiet par ar šķīdumu ar nosaukumu Metālu kā sajauktu un mīcītu mīklu - vienveidīgu, bet vēl nesasniedzot visu potenciālu.

• Dabiska novecošanās ir kā ļaut mīklai lēnām pacelties uz letes: tas galu galā veido struktūru pats par sevi, Bet prasa laiku.
• Mākslīga novecošanās ir kā mīklas ievietošana siltā pierādīšanas kastē: tas paceļas ātrāk un paredzamāk.

Super pazemināts uz Zemi: “Laika izlaišanas” konfekšu metafora

Iedomājieties konfektes ar garšas kristāliem, kas iestrādāti iekšpusē. Sākotnēji, Jums ir “piesātināta” konfekte ar visu sajauktu cukuru.

Laika gaitā (vai ar nelielu siltumu), Zem virsmas parādās sīki cukura kristāli - saldu pārrāvumi, kad jūs sakodat.

Novecošanās ārstēšana ir metalurģiskais ekvivalents: laiks (un karstums) Piekārto minūtes “cukurs”, kas padara metālu stiprāku un “aromātiskāku”.

4. Nokrišņu sacietēšana: Metāla stiprināšanas “slepenais ierocis”

Definīcija & Apjoms

Nokrišņu sacietēšana (Saukts arī par vecuma sacietēšanu) ir process, kurā tiek pārveidots piesātināts cietais šķīdums - zem rūpīgi kontrolēta temperatūra un laiks,

smalki izkliedētā otrās fāzes daļiņu tīklā, kas dramatiski kavē dislokācijas kustību un palielina ražas stiprumu un cietību.

Galvenie soļi

• Sagatavošana ar piesātinājumu
• • Izmantojot šķīduma ārstēšanu un ātru slāpēšanu, Matrica slazdo leģējošo atomu pārpalikumu, kas tālu pārsniedz to līdzsvara šķīdību apkārtējā temperatūrā.

• Kontrolēts nokrišņu daudzums (Novecošanās)
• • Istabas temperatūrā (dabiska novecošanās) vai paaugstinātā temperatūrā (Parasti tēraudiem 400–800 ° C, 150–200 ° C alumīnija sakausējumiem), Tie izšķīdušie atomi difūzi un nukliatē kā nanomēroga daļiņas.
• Izkliedes stiprināšana

• • Vienveidīga koherentu vai daļēji koherentu nogulsnes izkliede rada vietējos stresa laukus;
    dislokācijām ir vai nu jāizgrieztu, vai arī jāpieklet katram šķērslim, nepieciešami ievērojami augstāki pielietotie spriegumi.

Stiprināšanas mehānismi

• Saskaņotības celma sacietēšana: Saskaņoti nogulsnes izkropļo apkārtējo režģi, veidojot elastīgus stresa laukus, kas atgrūž dislokācijas.
• Pasūtīt sacietēšanu: Ļoti sakārtotām nogulsnēm nepieciešama dislokācija, lai samazinātu sakārtotu režģi, Kritiskā bīdes stresa paaugstināšana.
• Orowan apiet: Lielāks, Daļēji koherentas vai nesakarīgas daļiņas piespiež dislokāciju noliekties un cilpu starp tām, Ģenerējot ievērojamu stresu.

Rūpniecības piemēri

• PH nerūsējošais tērauds (piemēram,. 17–4 pH): Pēc risinājuma vai auksta darba, Novecošana pie 480–620 ° C izgulsnējas ar vara bagātām kopām, stiepes stiprumu sasniegšana > 1,200 MPA, saglabājot izturību pret koroziju.
• Austenīta nokrišņu daudzums, kas apkopoti tēraudi: Novecošana 400–500 ° C vai 700–800 ° C logos ražo intermetāliskas fāzes lietojumprogrammām, kurām nepieciešama īpaši augsta izturība.
• Niķeļa bāzes superaloys: Šķīduma apstrāde virs γ ′ solvus, tad vecums no 700–800 ° C, lai izgulsnētu ni₃(Al,No) Kuboīdi - kritiska šļūdes pretestībai turbīnu asmeņos.

Viegli saprotams: “Divu stadiju treniņš” analoģija

Padomājiet par nokrišņu sacietēšanu kā metālu fitnesa režīmu:

1. Silts (Risinājumu ārstēšana): Atslābinoši stīvi muskuļi - visu stingru fāžu sadalīšana vienā, elastīga masa.
2. Spēka treniņš (Novecošanās): Rūpīgi kalibrēta pretestība - tiny nogulsnes -, kas piespiež metāla iekšējās “šķiedras” (pārvietošanās) strādāt grūtāk, ēkas izturība un stingrība.

Super pazemināts uz Zemi: “Vafeļu dzelzs” metafora

Iedomājieties, kā mīklu ielej (Piestātināts šķīdums) karstā vafeles gludeklī (novecošanās temperatūra).

Kad dzelzs silda un nospiež mīklu, Kraukšķīgas kabatas veidojas vienveidīgā režģī.

Šīs kraukšķīgās grēdas ir kā nano -sagrieztas - tās dod vafeļu (metāls) tā īpaši stingrība un kodums, Tāpat kā nogulsnes pastiprina sakausējuma mehānisko “kraukšķīgumu”.

5. Kāpēc ne tikai vecums bez risinājuma ārstēšanas?

No pirmā acu uzmetiena, Izlaižot risinājumu ārstēšanas posmu un turpināt tieši novecošanā, varētu šķist efektīvāka.

Tomēr, Šis saīsne grauj pašu nokrišņu sacietēšanas pamatus. Lūk, kāpēc Risinājumu ārstēšana ir būtiska Pirms novecošanās lielākajā daļā sakausējumu sistēmu:

Lai sasniegtu a Piestātots ciets šķīdums

Efektīvas nokrišņu sacietēšanas atslēga ir piesātināts Cietais šķīdums-līdzsvara stāvoklis, kurā matricā atrodas izšķīdušie atomi, kas atrodas tālu ārpus to šķīdības istabas temperatūrā.

• Bez šķīduma ārstēšanas, Liela daļa otrā posma (Piem., starpmetāla savienojumi vai eutektiskās fāzes) paliek neizšķīdis, aizslēgts pie graudu robežām vai nodalītās zonās.
• Šīs neizšķīdinātās rupjās daļiņas nevar vienveidīgi atkārtoti nogulsnēt novecošanās laikā, un kā tāds, Stiprināšana ir smagi ierobežota.

Lai nodrošinātu nogulsnes smalkumu un vienmērīgu sadalījumu

Šķīduma ārstēšana izšķīdina rupjas otrās fāzes daļiņas, ļaujot kontrolēta reprezentācija novecošanās laikā:

• Tā rezultātā smalks, Vienveidīgi sadalītas nogulsnes, kas ir daudz efektīvāki, kavējot dislokācijas kustību.
• Izlaižot šo soli parasti ražas liels, nesakarīgas daļiņas kas piedāvā nelielu stiprināšanu un var pat Veicināt trauslumu vai samazināt izturību.

Lai uzlabotu apstrādājamību pirms galīgās sacietēšanas

Ar šķīdumu apstrādāti sakausējumi parasti ir mīkstāks un kaļamāks, kas ir ideāli piemērots veidošanai, apstrāde, vai citas pēcapstrādes darbības:

• Pēc tam, kad veidošana ir pabeigta, novecošanās tad sacietē sakausējumu līdz tā galīgajam spēkam.
• Ja novecošanās tika veikta vispirms bez risinājuma ārstēšanas, Daļa paliktu trausls un grūti apstrādājams, palielinot plaisāšanas vai kļūmes risku ražošanas laikā.

Lai aktivizētu pareizo nokrišņu secību

Daudzi sakausējumi-it īpaši nokrišņu svešām alumīnija un titāna sistēmām-seko a Precīza novecošanās secība (Piem., Ģimenes zonas → i ”→ I '):

• Risinājuma apstrāde atiestata mikrostruktūru, padarot sakausējumu reaģējošu uz šo secību.
• Izlaižot šķīduma ārstēšanu, bieži apiet visefektīvāko stiprināšanas fāžu veidošanos.

Viegli saprotams: “Kūkas cepšana” analoģija

Iedomājieties, kā mēģināt cept kūku, dažas dienas vienkārši atstājot neapstrādātu mīklu istabas temperatūrā, nevis vispirms to ceptu:

• Drošs, tas varētu nedaudz izžūt vai sacietēt, bet tam nekad nebūs struktūras, aromāts, vai pareizi ceptas kūkas integritāte.
• Risinājumu ārstēšana ir cepšana; Novecošana ir dzesēšanas un iestatīšanas fāze Kur nobriest struktūra.

Kopsavilkumā:

Risinājumu novecošanās un nokrišņu sacietēšana ir divas perspektīvas - process pret. Mehānisms - tajā pašā divu stendu siltuma ārstēšanā, kas ir neskaitāmu mūsdienu sakausējumu augstā spēka pamatā.

Apgūstot abus posmus, Metalurgisti noregulē spēku, elastība, un izturība atbilstoši specifikācijām.

 

FAQ

Kā cietais šķīdums austenīts izšķīst otro fāzi?

Kad sakausējums tiek uzkarsēts vienfāzē (Austenīts) reģions, Strauji palielinās leģējošo elementu šķīdība.

Tas virza esošās otrās fāzes daļiņas, lai izšķīdinātu atpakaļ austenīta matricā, formas tērpa radīšana, Piestātots šķīdums.

Kāpēc mazas nogulsnes tik efektīvi stiprina metālu?

Smalkas nogulsnes ir kā blīvs meža punktu mežs dislokācijām.

Kā dislokācijas mēģina paslīdēt garām, Viņiem ir vai nu jāizgrieztu, vai arī jāpieklet katras nogulsnes - jauc daudz lielāku pielietoto spriegumu un tādējādi palielina ražas stiprumu.

Kāpēc alumīnija sakausējumu šķīduma ārstēšana samazina cietību, Kamēr tērauda rūdīšana palielina cietību?

• Alumīnija sakausējumi Veidlapa nav martensīta; Risinājums rūdīšana vienkārši rada mīkstu, Piestātots ciets šķīdums, Tātad sākotnējā cietība ir zema līdz novecošanai.
• Zemsoglekļa tēraudi veido martensītu pēc rūdīšanas - grūti, izkropļota fāze - tik pati atdzesēšana rada lielu cietību (Bet zema izturība).