Nā hopena o ke kaomi a me ka mahana ma nā waiwai hao
He mea nui nā metala i ke ola o kēia au, mai ke kūkulu hale ʻana a me nā noi kaʻa a hiki i nā lako hale a me nā ʻāpana ʻenehana kiʻekiʻe e like me nā turbines, reactors, a me nā mea uila. Aia ka ikaika o nā metala i ko lākou hui pū ʻana o nā waiwai mechanical a me ke kino: ka ikaika, ka ductility, ka conductivity uila a me ka wela, a me ka maʻalahi o ke ʻano ma o nā kaʻina hana. Eia naʻe, ʻaʻole paʻa kēia mau waiwai. ʻO nā mea kaiapuni a me nā mea hana ʻelua e hoʻoholo nui ai i nā loli i nā waiwai metala, ʻo ia ke kaomi a me ka mahana. Hiki i kēia mau mea ke hoʻololi i ka microstructure, hoʻopilikia i nā pilina atomic, hoʻololi i nā pae kristal, a i ka hopena e hoʻoholo ai inā e ikaika ka metala, ʻoi aku ka palupalu, a hāʻule paha.
1. ʻO ke ʻano liʻiliʻi ma ke ʻano he kī i nā loli waiwai
I mea e hoʻomaopopo ai i nā hopena o ke kaomi a me ka mahana, pono mākou e nānā i nā metala ma ka microscale. Hana ʻia nā metala i nā hua kristal i hoʻokaʻawale ʻia e nā palena hua. I loko o nā kristal, he kuleana nui nā hemahema e like me nā dislocations i ka deformation plastic. Ke kau ʻia kahi metala i kahi ukana, hana nui ʻia ka deformation ma o ka neʻe ʻana o nā dislocations. Hiki i ka mahana a me ke kaomi ke hoʻolalelale a kāohi paha i ka neʻe ʻana o kēia mau dislocations, a me ka hoʻololi ʻana i ka nui o ka hua a me ka helu o nā hemahema i hana ʻia. No laila, hiki i nā loli liʻiliʻi i nā kūlana hana ke hana i nā loli nui i ka ikaika, ka ductility, ka paʻakikī, a me ke kūpaʻa ʻana i ka ʻaʻahu.
2. Ka Hopena o ka Mahana ma nā Waiwai Metala
a. Ikaika a me ka Paʻakikī
Ma keʻano laulā, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka mahana e hoʻemi ana i ka ikaika a me ka paʻakikī o nā metala. I nā mahana kiʻekiʻe, ʻoi aku ka ikaika o ka haʻalulu ʻana o nā ʻātoma, e hoʻonui ai i ka "neʻe" ʻana o nā pilina ma waena o nā ʻātoma. Neʻe maʻalahi nā dislocations, e hoʻonui ai i ka maʻalahi o ka metala i ka deformation. ʻO ia ke kumu e hiki ai i ke kila ikaika i ka mahana o ka lumi ke hoʻonāwaliwali i nā mahana kiʻekiʻe, no ka laʻana i nā ʻāpana mīkini a i ʻole nā paipu mahu.
I ka ʻaoʻao ʻē aʻe, i nā mahana haʻahaʻa, ʻoi aku ka ikaika o nā metala no ka mea ʻoi aku ka paʻakikī o ka neʻe ʻana o nā dislocations. Eia nō naʻe, hele pinepine kēia hoʻonui ʻana i ka ikaika me kahi hopena ʻē aʻe: ʻo kahi huahana ʻaoʻao he ʻano hoʻonui no ka brittleness i kekahi mau metala.
b. Ductility a me Toughness
ʻO ka maʻamau, piʻi ka ductility me ka piʻi ʻana o ka mahana, ʻoiai ʻoi aku ka maʻalahi o ka hoʻololi ʻana o nā metala me ka ʻole o ka haki ʻana. I nā kaʻina hana e like me ka forging a i ʻole ka ʻōwili wela, hoʻomehana ʻia nā metala e hana iā lākou i ʻoi aku ka ductile i hiki ke hoʻohālikelike ʻia me ka ʻole o ka nahā.
I nā mahana haʻahaʻa, hele kekahi mau metala (ʻoi aku hoʻi nā mea me kahi ʻano BCC e like me ke kila kalapona) i kahi hoʻololi ductile-a-brittle. ʻO ke ʻano kēia ma lalo o kahi mahana, hiki i ka metala ke lilo i mea palupalu loa. He mea nui kēia no nā noi ma nā wahi anuanu (e.g., nā hale kai, nā alahaka ma nā wahi hau) no ka mea e piʻi ana ka pilikia o ka haki palupalu.
c. Ka hoʻokele uila a me ka wela
Hoʻopilikia pū ka mahana i ka hiki o kahi metala ke alakaʻi i ka uila a me ka wela. Ma keʻano laulā, emi ka conductivity uila o nā metala i ka piʻi ʻana o ka mahana. Hana ʻia kēia no ka mea ke pale nei nā haʻalulu wela o nā ʻātoma i ke kahe manuahi o nā electrons. Ma muli o kēia kumumanaʻo, piʻi ka pale ʻana o ke kaula keleawe i ka wā e hoʻomehana ʻia ai, a pono nā mea uila e noʻonoʻo i nā hopena o ka hoʻomehana ʻana e pale aku i ka nalowale nui o ka mana.
d. Nā Hoʻololi Pae a me nā Hoʻololi Kūkulu
Hoʻololi kekahi mau metala a me nā mea hoʻohui i nā pae ma luna o kahi pae mahana kikoʻī. ʻO kahi laʻana maʻamau ka hao: ma kekahi mau mahana, loli kona ʻano kristal (no ka laʻana, mai ka ferrite a i ka austenite). Hoʻopilikia nui kēia loli pae i nā waiwai mechanical. ʻO nā kaʻina hana mālama wela e like me ka annealing, quenching, a me ka tempering e hilinaʻi nei i ka kaohi mahana e hoʻokō i ka hui like ʻana o ka paʻakikī a me ka toughness i makemake ʻia.
e. Ka pohō wela a me ka wā lōʻihi
I nā mahana kiʻekiʻe a me nā ukana mau, hiki i nā metala ke ʻike i ka kolo ʻana, kahi deformation lohi e hana ʻia i ka hala ʻana o ka manawa. He mea koʻikoʻi loa ka kolo ʻana i nā turbine kinoea, nā paila, a me nā ʻāpana o ka hale hana mana. ʻOiai ke mau nei ke kaumaha, "kahe mālie" ka metala, e hoʻoulu ana i nā loli dimensional a me ka hiki ke hāʻule. No laila, pono e noʻonoʻo ka hoʻolālā ʻana o nā ʻāpana wela kiʻekiʻe i nā waiwai kolo, ʻaʻole wale ka ikaika tensile ma ka mahana o ka lumi.
3. Ka hopena o ke kaomi ma nā waiwai hao
Hiki i ke kaomi ma ke ʻano o nā mea ke kuhikuhi i ke kaomi hydrostatic (i hoʻopili like ʻia mai nā ʻaoʻao āpau) a i ʻole ke kaomi ma muli o ka ukana mechanical e like me ke kaomi ʻana a me ka hoʻopili ʻana. ʻIke pinepine ʻia ka hopena o ke kaomi ma nā waiwai metala i ka hoʻokumu ʻana o ka plastic, nā loli density, a me ke kūpaʻa pae.
a. Hoʻonui ʻia ka Density a me ka Porosity Pani
Hiki i ke kaomi kiʻekiʻe ke hoʻoulu i ka compaction, ʻoiai hoʻi i nā mea pauka (powder metallurgy). I nā kaʻina hana sintering a me ke kaomi isostatic wela (HIP), hoʻohana ʻia ke kaomi e pani i nā pores kūloko, hoʻonui i ka density, a hoʻomaikaʻi i nā waiwai mechanical e like me ka ikaika luhi a me ka paʻakikī. ʻOi aku ka paʻakikī o nā metala denser i ka hoʻomohala ʻana i nā ala māwae, e ʻoi aku ka hilinaʻi.
b. Hopena ma ka hoʻololi ʻana o ka palakiko
ʻO ke kaomi, ʻoiai ke kaomi ʻana, e hoʻonui i ka hiki o ka metala ke hoʻololi me ka ʻole o ka haki ʻana. ʻO kēia no ka mea ʻoi aku ka maʻalahi o ka wehe ʻana o nā māwae ma lalo o ke kaomi ʻana ma mua o ke kaomi ʻana. I nā kaʻina hana extrusion a forging paha, kōkua ka hui pū ʻana o nā kaomi kiʻekiʻe i ke kahe ʻana o ka mea a hoʻopiha pono i ka ʻōmole. Hiki i ke kaomi ke hoʻoulu i ka paʻakikī o ka hana ma lalo o kekahi mau kūlana, ma muli o ka hōʻiliʻili ʻana o nā dislocations i hana ʻia e ka deformation.
c. Hoʻololi Pae i Hoʻokomo ʻia e ke Kaomi
Hiki i ke kaomi kiʻekiʻe ke hoʻopaʻa i kekahi mau pae a i ʻole e hoʻoulu i nā mea hou. ʻOiai ʻoi aku ka nui o ke kūkākūkā ʻana o kēia hopena i nā minelala a me nā mea ʻaʻole metala, hiki i kekahi mau metala ke loli i ko lākou ʻano kristal ma lalo o nā kaomi kiʻekiʻe loa. I ka hana ʻoihana, hana ʻia kēia hopena i nā kaʻina hana kūikawā a i ʻole nā kūlana koʻikoʻi, no ka laʻana, i nā ʻāpana e hana ana ma ka ʻilikai, nā ʻōnaehana kaomi kiʻekiʻe, a i ʻole i ka noiʻi mea i loko o ka hale hana.
d. Hopena ma ke kiko heheʻe a me ka hoʻolaha ʻana
Hoʻokiʻekiʻe ke kaomi i ke kiko heheʻe o nā metala, ʻoiai ʻaʻole koʻikoʻi mau ka hopena ma nā kaomi maʻamau i ka ʻoihana. Eia kekahi, hiki i ke kaomi ke hoʻopilikia i ka wikiwiki o ka hoʻolaha ʻana o ka atomika, ʻoiai ke hui pū ʻia me ka mahana. He mea koʻikoʻi ka hoʻolaha ʻana i nā kaʻina hana e like me ka wili ʻana, ka sintering, a me nā uhi ʻili (e.g., nā mālama ʻana i ka hoʻolaha ʻana).
4. Ka Pilina o ke Kaomi a me ka Mahana: Nā Hopena i Hui Pū ʻia
I nā noi he nui o ke ao maoli, hana pū ke kaomi a me ka mahana. No ka laʻana, i ka hana ʻana i ka hao wela, hoʻomehana ʻia ka metala e hana i mea ductile, a laila kaomi paʻa e hana i kahi ʻōmole. I loko o nā ʻāpana turbine, hoʻopilikia ʻia ka metala i nā mahana kiʻekiʻe a me nā kaumaha (e pili ana i ke kaomi/kaumaha) no nā makahiki. Hiki i kēia hui pū ʻana ke hoʻolalelale i ka kolo ʻana, ka oxidation, a me ka hōʻino microstructural.
ʻO ka hui pū ʻana o ke kaomi a me ka mahana e hoʻoholo ai i ka wikiwiki o ka hoʻōla ʻana, ka recrystallization, a me ka ulu ʻana o ka palaoa. Ke hele ka metala i ka deformation plastic, hōʻiliʻili nā dislocations. Inā hoʻomehana ʻia ma hope, hiki i ka metala ke recrystalize: hana ʻia nā palaoa hou a lilo kona mau waiwai i ʻoi aku ka ductile akā emi kona ikaika. ʻO kēia kahi e lilo ai ka mana o nā palena hana i mea nui e hoʻokō ai i nā waiwai hope i makemake ʻia.
5. Nā hopena no nā kaʻina hana hana a me ka hoʻolālā
ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i nā hopena o ke kaomi a me ka mahana e hiki ai iā mākou ke hoʻomaikaʻi i nā kaʻina hana a pale i ka hāʻule ʻana. I ke kūkulu ʻana i nā kaʻina hana, ʻo ke koho ʻana o ka mahana hana e hoʻoholo ai i ka ikehu e pono ai, ka maikaʻi o ka ʻili, a me ka hiki ke haki. I ka hoʻopili ʻana, hoʻopili ka hoʻokomo wela i ka ʻāpana i hoʻopilikia ʻia e ka wela (HAZ), ka nui o ka palaoa, a me ke kūkulu ʻana o nā koʻikoʻi koena. I kēia manawa, pono e noʻonoʻo ʻia ke kaomi hana a me ka ukana ma lalo o nā kūlana hana e pale aku i ka kolo ʻana o ka mea a i ʻole ka haki ʻana o ka mea.
I ka hoʻolālā ʻenekinia, hoʻokumu pinepine ʻia ke koho ʻana o ka alloy ma ke kūpaʻa o nā waiwai ma luna o ka mahana a me ke kaomi. ʻO nā superalloys i hoʻokumu ʻia i ka nickel, no ka laʻana, ua koho ʻia no nā mahana kiʻekiʻe no ka mea hāʻawi lākou i ke kūpaʻa kolo maikaʻi. Ua koho ʻia kekahi mau kila no nā wahi anuanu no ka mea hāʻawi lākou i ka paʻakikī kūpono i nā mahana haʻahaʻa.
Ka hopena
ʻO ke kaomi a me ka mahana ʻelua mau loli koʻikoʻi e hiki ke hoʻololi nui i nā waiwai o nā metala. Hoʻopilikia ka mahana i ka neʻe ʻana o ka dislocation, nā hoʻololi ʻana o ka pae, ka conductivity, a me nā hanana lōʻihi e like me ke kolo ʻana. Hoʻopilikia ke kaomi i ka density, deformability, porosity, a, ma lalo o nā kūlana koʻikoʻi, hiki ke hoʻololi i ka pae kristal. I nā noi ʻoihana he nui, hana like kēia mau mea ʻelua, no laila ʻo kā lākou hopena i hui pū ʻia e hoʻoholo ai i ka hana hope o ka mea. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i ka pilina ma waena o ke kaomi, ka mahana, a me ka microstructure, hiki i nā ʻenekinia a me nā mea hana hana ke koho i nā mea kūpono, nā kaʻina hana kaohi, a hoʻolālā i nā ʻāpana palekana a paʻa.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻololi i kēia ʻatikala i mea "ʻenehana" (me nā kiʻi manaʻo, nā hoʻohālikelike kumu, a me nā laʻana metala kikoʻī) a i ʻole "kaulana" no ka mea heluhelu maʻamau.
