Hej där! Som leverantör av bronslegeringar får jag ofta frågan om utfällningen - härdningsmekanismer i dessa fantastiska material. Så jag tänkte att jag skulle ta lite tid att bryta ner det åt dig.
Först och främst, låt oss prata lite om brons. Brons är en legering som huvudsakligen består av koppar och tenn, även om andra element som aluminium, kisel eller fosfor också kan tillsättas för att förbättra dess egenskaper. Det har funnits i evigheter och har ett brett användningsområde, från konst och smycken till industriella maskiner. Du kan kolla in några av våra bronsprodukter, somBronsformad tub,Bronsformad stav, ochRunt bronsrör, på vår hemsida.
Nu till nederbördshärdning. Detta är en värmebehandlingsprocess som används för att stärka legeringar, och den fungerar riktigt bra med brons. Grundtanken bakom utfällningshärdning är att skapa små partiklar, eller fällningar, inom legeringens struktur. Dessa utfällningar fungerar som vägspärrar för förflyttning av dislokationer (defekter i metallens kristallgitter), vilket gör legeringen hårdare och starkare.
Utfällning-härdningsprocessen i bronslegeringar sker vanligtvis i tre huvudsteg: lösningsbehandling, härdning och åldring.
Lösningsbehandling
Det första steget är lösningsbehandling. I detta skede värms bronslegeringen upp till en hög temperatur och hålls där under en viss tid. Denna temperatur ligger vanligtvis över solvuslinjen på legeringens fasdiagram. Vid denna höga temperatur löses alla legeringselement, som tenn i fallet med brons, i kopparmatrisen och bildar en enfasig fast lösning. Det är som att göra en riktigt väl - blandad cocktail där alla ingredienser är jämnt fördelade.
Till exempel, om vi har en bronslegering med en viss andel tenn, kan uppvärmning av den under lösningsbehandlingen att tennatomerna sprids ut jämnt genom koppargittret. Denna enhetliga fördelning är avgörande för nästa steg i processen. Tiden och temperaturen för lösningsbehandling beror på den specifika sammansättningen av bronslegeringen. Olika legeringar kommer att ha olika optimal lösning - behandlingsförhållanden.
Släckning
Efter lösningsbehandlingen är nästa steg härdning. Detta innebär att legeringen snabbt kyls från den höga lösnings-behandlingstemperaturen till rumstemperatur. Vi brukar göra detta genom att kasta den uppvärmda legeringen i ett kylmedel, som vatten eller olja. Målet med härdning är att "frysa" den fasta högtemperaturlösningen på plats.
När vi släcker legeringen har atomerna i den fasta lösningen inte tillräckligt med tid att ordna om sig själva. Så tennatomerna som var jämnt fördelade i kopparmatrisen under lösningsbehandlingen stannar där de är, även om de är i ett övermättat tillstånd vid rumstemperatur. Det är som att ta en ögonblicksbild av den väl blandade cocktailen och plötsligt göra den fast.
Emellertid kan härdning ibland orsaka inre spänningar i legeringen på grund av den snabba kylningen. Dessa spänningar kan leda till sprickbildning eller deformation i legeringen om de inte hanteras på rätt sätt. Det är därför vi ibland använder en mer kontrollerad härdningsprocess eller följer upp den med en stress - lindra värmebehandling.
Åldrande
Det sista steget är åldrandet. Det är här magin verkligen händer. Efter släckning är den övermättade fasta lösningen instabil. Under åldring värms legeringen till en lägre temperatur, vanligtvis mellan 100°C och 300°C, och hålls där under en tid. Vid denna lägre temperatur börjar de övermättade tennatomerna att samlas och bilda små kluster. Dessa kluster växer sedan till de fällningar vi pratade om tidigare.
När åldringsprocessen fortsätter blir fällningarna större och fler. Storleken, formen och fördelningen av dessa utfällningar har stor inverkan på bronslegeringens mekaniska egenskaper. I de inledande stadierna av åldrandet är fällningarna mycket små och koherenta med kopparmatrisen. Detta betyder att utfällningarnas kristallstruktur liknar den omgivande matrisen, och de är väl kopplade till den.
När åldringstiden ökar börjar fällningarna att förlora sin koherens och blir semikoherenta eller osammanhängande. Legeringens styrka ökar vanligtvis när fällningarna växer, men det finns en punkt där överåldring kan inträffa. Överåldring sker när fällningarna blir för stora. I detta skede börjar legeringens styrka minska eftersom de stora fällningarna är mindre effektiva för att blockera dislokationsrörelser.
Den optimala åldringstiden och temperaturen beror på legeringens sammansättning och de önskade egenskaperna. För vissa bronslegeringar kan en relativt kort åldringstid vid måttlig temperatur ge det bästa resultatet, medan för andra kan en längre åldringstid vid en något annan temperatur vara bättre.
Faktorer som påverkar nederbördshärdning i bronslegeringar
Det finns flera faktorer som kan påverka nederbördshärdningsprocessen i bronslegeringar.
Legeringssammansättning
Sammansättningen av bronslegeringen är en viktig faktor. Typen och mängden av legeringselement spelar en stor roll. Till exempel kommer andelen tenn i en bronslegering att avgöra hur många fällningar som kan bildas under åldring. Mer tenn betyder i allmänhet mer potential för nederbörd, men det finns ett optimalt intervall. Om det finns för mycket tenn kan det leda till andra problem som bildning av spröda intermetalliska föreningar.
Andra legeringselement kan också påverka. Att lägga till små mängder element som aluminium eller fosfor kan ändra storleken, formen och fördelningen av fällningarna. Dessa element kan fungera som kärnbildningsställen för fällningarna eller påverka diffusionshastigheten för legeringselementen under åldring.
Värme - Behandlingsparametrar
Tiden och temperaturen som används vid lösningsbehandling, härdning och åldring är avgörande. Som vi nämnde tidigare kräver olika legeringar olika optimala värmebehandlingsförhållanden. Även små variationer i dessa parametrar kan ha stor effekt på legeringens slutliga egenskaper. Till exempel, om lösnings-behandlingstemperaturen är för låg, kommer inte alla legeringselement att lösas upp ordentligt, vilket kan leda till en ojämn fördelning av fällningar under åldrandet.
Kornstorlek
Kornstorleken på bronslegeringen spelar också roll. En finare kornstorlek leder generellt till bättre nederbörd - härdningsresultat. Mindre korn ger fler korngränser, vilket kan fungera som ytterligare platser för bildandet av fällningar. Dessutom kan korngränserna hjälpa till att fördela de inre spänningarna jämnare under härdning, vilket minskar risken för sprickbildning.
Fördelar med nederbördshärdning i bronslegeringar
Nederbördshärdning erbjuder flera fördelar för bronslegeringar.
Ökad styrka och hårdhet
Den största fördelen är den betydande ökningen av styrka och hårdhet. Detta gör bronslegeringen mer lämpad för applikationer där hög hållfasthet krävs, som i mekaniska delar eller strukturella komponenter. Till exempel kommer en nederbördshärdad bronsväxel att klara högre belastningar och slitage bättre än en obehandlad bronsväxel.
Förbättrad slitstyrka
Den ökade hårdheten leder också till bättre slitstyrka. Nederbörd - härdade bronslegeringar är mindre benägna att slitas ner av friktion, vilket gör dem idealiska för applikationer som lager eller glidande komponenter.
Bra korrosionsbeständighet
Förutom styrka och slitstyrka bibehåller ofta nederbörd - härdade bronslegeringar god korrosionsbeständighet. Värmebehandlingsprocessen försämrar vanligtvis inte legeringens förmåga att motstå korrosion, vilket är viktigt för applikationer i tuffa miljöer.
Om du är intresserad av att använda nederbörd - härdade bronslegeringar för dina projekt, pratar vi gärna med dig. Oavsett om du behöverBronsformad tub,Bronsformad stav, ellerRunt bronsrör, kan vi förse dig med högkvalitativa produkter. Kontakta oss bara så kan vi diskutera dina specifika krav och hur vi kan hjälpa dig att få de bäst lämpade bronslegeringarna för dina behov.
Referenser
- Porter, DA, & Easterling, KE (1992). Fasomvandlingar i metaller och legeringar. Chapman & Hall.
- Askeland, DR, & Phule, PP (2006). Materialvetenskap och teknik. Thomson Engineering.
- Davis, JR (Red.). (2001). Koppar och kopparlegeringar. ASM International.
