구리합금 소재의 강화방법 분석
구리 및 구리 합금에 일반적으로 사용되는 강화 방법에는 변형 강화, 미세 입자 강화, 고용체 강화, 시효 석출(석출) 강화, 분산 강화, 복합 재료 강화 및 미량 원소 첨가가 포함됩니다.
1. 변형강화
변형 강화는 소성 변형을 통해 구리 합금의 강도와 경도를 향상시키는 것입니다. 이는 구리 합금의 강화 방법 중 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. 냉간 가공에 의해 생성된 결정 결함은 재료의 전도성에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 이 강화 방법은 합금의 전도성을 높이는 동시에 강도를 향상시킵니다. 변형강화의 특징은 재료의 강도가 증가하는 반면 소성은 급격히 감소하고, 전위밀도의 증가로 인해 전기전도도도 약간 감소하는 것이다. 또한 사용 온도가 상승하면 재료는 회복 및 재결정 과정을 거쳐 연화되며 단일 변형 강화는 합금의 강도를 제한된 범위까지만 증가시킬 수 있으므로 다른 강화 방법과 함께 사용되는 경우가 많습니다.
2. 미립자 강화
미세 입자 강화는 주조 중에 미세 입자를 얻기 위해 급속 응고 조치 또는 열처리 방법을 사용하는 것입니다. 특정 미량 합금 원소를 첨가하여 입자를 미세화할 수도 있습니다. 결정립 크기가 감소하고, 합금의 강도가 증가하며, 합금의 전기 전도성에 거의 영향을 미치지 않습니다. 따라서 미세 결정립 강화는 구리 합금의 주요 강화 방법 중 하나가 되었습니다. 미립자 강화의 뛰어난 장점은 재료의 강도를 향상시키면서 재료의 가소성을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 이는 결정립 미세화 후 재료가 변형될 때 결정립계에 전위가 축적되어 발생하는 응력 집중을 효과적으로 완화시켜 균열 발생을 지연시키고 재료가 파단되기 전에 더 큰 변형량을 달성할 수 있기 때문입니다. 이러한 장점 때문에 입자 미세화가 널리 사용됩니다.
3. 고용체 강화
특정 용질 원소를 결합시켜 고용체를 형성함으로써 금속의 강도와 경도가 증가하는 현상을 고용 강화라고 합니다. 고용 강화는 용질 원자의 용해로 인해 용매 금속의 결정 격자가 뒤틀려 전위 이동에 대한 저항이 증가하기 때문에 발생합니다. 고용체의 용질 함량을 적절하게 제어하면 재료의 강도와 경도를 크게 향상시키면서 우수한 가소성과 인성을 유지할 수 있다는 것이 실습을 통해 입증되었습니다. 예를 들어, 구리에 19% 니켈을 추가하면 합금의 피브가 220MPa에서 380~400MPa로 증가하고 경도가 HB44에서 HB70으로 증가하는 동시에 가소성은 여전히 ψ=50%를 유지합니다. 구리가 다른 수단(예: 냉간 변형 중 가공 경화)을 통해 동일한 강화 효과를 얻는다면 구리의 가소성은 거의 완전히 손실됩니다. 고용체 강화는 용질 원자 사이의 상호 작용과 고용체 내 이동 전위를 이용하여 유동 응력을 증가시키는 강화 방법입니다. 고용체를 형성하기 위해 베이스에 적절한 양의 합금 원소를 첨가함으로써 일반적으로 합금의 강도가 향상됩니다. Mott-Nabbaro 이론에 따르면 얇은 고용체의 경우 용질 원소의 농도에 따른 항복 강도 변화는 다음과 같이 표현될 수 있습니다. б=бo+kCm. 공식에서 б는 합금 항복 강도입니다. бo는 순금속의 항복강도이다. C는 용질 원자 질량 농도이고; k와 m은 매트릭스와 합금 원소의 특성에 따라 결정되는 상수이며, m의 값은 0.5에서 1 사이입니다.
4. 노화 석출(침전) 강화
시효 석출 강화의 기본 원리는 상온에서 고용도가 매우 작고 고온에서 고용도가 큰 구리에 합금 원소를 첨가하는 것입니다. 고온 고용체 처리를 통해 합금 원소는 베이스에 과포화 고용체를 형성합니다. 이는 순수 구리에 비해 강도가 향상됩니다. 그런 다음 노화를 통해 과포화 고용체가 분해되고 합금 원소가 특정 형태로 석출되고 베이스에 분산 및 분포되어 석출상을 형성합니다. 석출된 상은 결정립계의 이동과 전위를 효과적으로 방지하여 합금의 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 석출 강화를 생성하는 합금 원소는 다음 두 가지 조건을 충족해야 합니다. 첫째, 고온과 저온에서 구리의 고용도가 상당히 다르기 때문에 노화 중에 충분한 강화 단계가 생성될 수 있습니다. 둘째, 실온에서 구리의 고용도는 매우 다릅니다. 매트릭스의 높은 전도성을 보장하기 위해 용해도가 매우 작습니다. 석출 강화는 고강도, 고전도 구리 합금에 가장 널리 사용되는 강화 방법입니다. 구리 합금에서는 시효 석출 강화 효과를 내기 위해 첨가되는 원소로는 Ti, Co, P, Ni, Si, Mg, Cr, Zr, Be, Fe 등이 있다. 시효 석출 강화의 가장 큰 장점은 시효 석출 강화 효과가 크다는 점이다. 전기 전도도에 대한 손상을 최소화하면서 재료의 강도를 향상시킵니다.
5. 확산 강화
분산강화제는 일정한 형상과 크기의 분산강화상 분말을 구리분말과 충분히 혼합한 후 분말야금법 등의 방법으로 제조한 재료이다. 2차상 입자(Al2O3, ThO2, Zro2 등)가 구리 매트릭스 내에 분산, 분포되어 분산강화 효과로 인해 구리합금의 강도가 향상된다. 이 방법은 구리의 전기 및 열 전도성에 거의 영향을 미치지 않으면서 강도를 향상시킵니다. 구리 매트릭스 내에 분산 분포된 제2상 입자를 얻기 위해서는, 구리 매트릭스에 제2상 입자를 첨가하거나 특정 공정을 통해 구리 매트릭스 내에 분산 분포된 제2상 입자가 현장에서 생성되는 것으로 생각할 수 있다. 구체적인 방법으로는 기계적 혼합법, 공침법, 내부 산화법, 역겔 침전법, 전해 침전법 등이 있습니다. 분산 강화의 주요 메커니즘에는 Olowan 메커니즘과 Ansel-Lenier 메커니즘이 포함됩니다.
(1) 오로완 메커니즘. 소성 변형 동안 전위 선은 두 번째 상 입자를 직접 절단할 수 없지만 외력의 작용으로 전위 선은 두 번째 상 입자 주위로 구부러질 수 있으며 마지막으로 전위 고리가 두 번째 상 입자 주위에 남아 길을 잃습니다. . 패스가 잘못되었습니다. 전위의 굽힘은 전위 영향 영역의 격자 변형 에너지를 증가시켜 전위선의 이동에 대한 저항을 증가시키고 미끄럼 저항을 증가시킵니다.
(2) (2) Ansel-Lenier 메커니즘. GS Ansellet al. 분산 강화 합금의 항복을 위한 또 다른 전위 모델을 제안했습니다. 그들은 수율의 기준으로 전위 축적으로 인한 분산된 2차 상 입자의 파괴를 사용했습니다. 입자의 전단 응력이 분산된 입자의 파괴 응력과 같을 때 분산 강화 합금이 생성됩니다.
6. 섬유 현장 복합재 보강
이 방법은 주로 구리에 과도한 합금 원소(Cr, Fe, V, Nb 등)를 첨가하여 2상 복합체를 얻는 것을 의미합니다. 잉여 원소는 단상 및 수지상 구조의 형태로 응고된 합금에 존재합니다. 그 후, 합금은 큰 변형으로 신장되어 합금 원소의 수지상 구조가 섬유 구조로 변형됩니다. 섬유가 있으면 전위 이동에 대한 저항력이 증가하여 재료가 강화됩니다.
7. 미량원소 추가
합금 베이스에 특정 미량 원소를 첨가하면 합금을 강화할 수 있을 뿐만 아니라 내식성 재료를 개발하는 효과적인 수단이기도 합니다. 이러한 미량 원소 중 일부는 분산상을 형성하고 일부는 매트릭스 구조를 정화하여 합금을 강화하지만 내식성을 크게 감소시켜 합금의 전반적인 성능을 향상시키는 것은 없습니다.
