Njirimara Mekaniki na Nhazi nke Alloys Metal
Pendahuluan
Ngwakọta ígwè bụ ihe e ji agwakọta ihe abụọ ma ọ bụ karịa—ma ọ dịkarịa ala otu n'ime ha bụ ígwè—iji nweta ihe ndị ka mma karịa nke ígwè dị ọcha. Ihe atụ ndị a na-ahụkarị bụ ígwè (Fe–C), ọla nchara (Cu–Zn), na aluminom alloys (Al na Mg, Si, Cu, ma ọ bụ Zn). N'ọrụ ụlọ ọrụ mmepụta ihe, a na-ahọrọ ihe ndị e ji ígwè mee maka njikọta ha nke ihe onwunwe dịka ike dị elu, ike siri ike, iguzogide nchara, na ịdị mfe nke imepụta ihe. Maka ojiji kwesịrị ekwesị na nchekwa nke ihe ndị a, njirimara igwe na nhazi ha dị mkpa. Njirimara a na-enyere aka ịkọwa mmekọrịta dị n'etiti obere nhazi (dịka ọmụmaatụ, nha ọka, usoro, ihe ndị na-ebute ụzọ, na ntụpọ kristal) na omume igwe (dịka ọmụmaatụ, ike nrụgide, ike siri ike, ductility, na ike ọgwụgwụ).
Echiche Ndị Dị Mkpa nke Nhazi Alloy Metal
A na-atụlekarị usoro nke alloys ígwè n'ọtụtụ nha:
1. Nha atọm/kristalography: nhazi nke atọm n'ime lattice kristal (FCC, BCC, HCP).
2. Nha obere: nha ọka, ókèala ọka, usoro mmiri ozuzo, ntinye, porosity.
3. Oke nha: nkewa, ntụpọ ịkpụ ihe, mgbawa, na udidi sitere na usoro nhazi.
Ọdịiche nke usoro (dịka ọmụmaatụ, ferrite na pearlite na ígwè carbon) na-emetụta ihe onwunwe igwe nke ukwuu. Ọzọkwa, usoro ọgwụgwọ okpomọkụ dịka annealing, quenching, na tempering nwere ike ịgbanwe nkesa usoro ma gbanwee nha ọka, si otú a gbanwee ike na ike nke ihe ahụ. Ya mere, njirimara nhazi dị mkpa maka nghọta nsonaazụ nnwale igwe.
Njirimara nke igwe: Ebumnuche na Isi Ihe
Ebumnuche nke njirimara igwe bụ ịtụle mmeghachi omume nke ihe na ibu, mgbanwe, na ọnọdụ gburugburu ebe obibi. Paramita ndị a na-enyochakarị gụnyere:
1. Nnwale Nrụgide
Nnwale tensile bụ ụzọ bụ isi esi enweta usoro nrụgide-nrụgide. Site na ule a, enwere ike ịchọpụta ihe ndị a:
– Ike mmepụta: oke nke ihe ahụ ga-amalite inwe mgbanwe plastik na-adịgide adịgide.
– Ike nrụgide kachasị elu (UTS): nrụgide kachasị elu tupu olu emee.
– Ogologo: ikike nke ihe nwere ike ịgbatị ogologo tupu ọ gbawaa.
– Modulu nke elasticity (modulu Young): ike nke ihe dị na mpaghara elasticity.
Alloys nwere obere ihe ndị na-ebute mmiri (dịka ọmụmaatụ Al-Cu alloys) na-egosipụta ike mmepụta dị elu n'ihi na ihe ndị na-ebute mmiri na-egbochi mmegharị mwepụ.
2. Ule Ike
Nnwale siri ike ngwa ngwa na nke bara uru iji chọpụta otú ihe si eguzogide ịbanye n'ime ma ọ bụ mgbanwe mpaghara. Ụzọ ndị a na-ejikarị eme ihe:
– Brinell: ọ dabara adaba maka ihe dị nro ma dị ọkara, ọ bụghịkwa ihe owuwu dị oke mma.
– Rockwell: ngwa ngwa, a na-ejikarị ya eme ihe n'ọtụtụ ụlọ ọrụ.
– Vickers na Micro-Vickers: enwere ike iji tụọ ike n'ebe dị obere, gụnyere usoro ụfọdụ na obere nhazi ahụ.
A na-ejikọkarị ike siri ike na ike nrụgide n'ọtụtụ alloys, ọ bụ ezie na mmekọrịta a chọrọ nhazi dabere na ụdị ihe na ọgwụgwọ okpomọkụ.
3. Ule Mmetụta
Nnwale mmetụta dịka ule Charpy ma ọ bụ Izod na-atụle ike ihe na-amịkọrọ mgbe a na-etinye ibu dị egwu. Paramita a dị mkpa maka inyocha ike na ọchịchọ mgbawa gbawara agbawa, ọkachasị na ígwè ndị nwere ike ịgafe mgbanwe gbawara agbawa-ductile n'ihi mgbanwe okpomọkụ. Nhazi ọka ka mma na usoro ductile na-emekarị ka ike dịkwuo elu.
4. Ule Ike ọgwụgwụ
A na-enwekarị ibu dị iche iche n'ihe gbasara injinịa dịka shafts, gia, springs, na nhazi ụgbọelu. Nnwale ike ọgwụgwụ na-emepụta usoro S-N (nrụgide na ọnụọgụ nke okirikiri ruo mgbawa). Ihe ndị na-emetụta ike ọgwụgwụ gụnyere:
- ike dị n'elu,
- ọnụnọ nke inclusions ma ọ bụ pores,
- nrụgide fọdụrụnụ,
- gburugburu ebe obibi na-emebi emebi,
– na obere nhazi (nha ọka, mmiri ozuzo, na nkesa nke usoro).
Alloys nwere nnukwu ihe ndị dị n'ime ya ma ọ bụ nnukwu porosity na-adịkarị obere ike ọgwụgwụ n'ihi na a na-amalite mgbawa ngwa ngwa na ntụpọ ndị a.
5. Ule Mbibi na Nrụgide
N'oge okpomọkụ dị elu (dịka ọmụmaatụ, turbine gas, boilers, ma ọ bụ reactors), ihe ndị dị na ya nwere ike ịgafe obere mgbanwe plastik (creep) ruo ogologo oge. Nnwale creep na-atụ ọnụego nrụgide na oge na nrụgide na okpomọkụ kpọmkwem. Usoro creep na-emetụta nke ukwuu site na mgbasa atọm, ókè ọka, na nkwụsi ike nke usoro. Emebere superalloys dabere na nickel ka ha nwee ihe ndị na-ebute ụzọ dị ka γ' kwụsiri ike na okpomọkụ dị elu iji melite iguzogide creep.
Nhazi Ọdịdị: Ụzọ na Ozi E Si Nweta
Ebumnuche nke nhazi ihe owuwu bụ ileba anya na ịtụ atụmatụ dị n'ime nke alloys metal. Usoro ndị a gụnyere:
1. Metallography (Nyocha anya)
Metallography bụ nzọụkwụ mbụ n'ịmụ ihe gbasara obere nhazi. A na-egbutu ihe nlele ahụ, pịa ya, tee ya ájá, tee ya mma, wee jiri mmiri kemịkalụ kpụọ ya iji kpughee ókèala ọka na usoro. Nke a na-enye ohere maka nyocha nke:
- nha ọka,
- nkebi nkebi,
- nkesa nke pearlite/ferrite na ígwè,
- dendrites dị na alloys a kpụrụ akpụ,
- yana ntụpọ n'ụdị porosity ma ọ bụ obere mgbawa.
Nha ọka na-ejikọtakarị ike site na mmekọrịta Hall-Petch: obere ọka ahụ, otú ahụ ka ike mkpụrụ si dị elu (ruo oke ụfọdụ).
2. Electron Microscope (SEM) na Nnyocha Nhazi (EDS)
Nyochaa Electron Microscope (SEM) na-enye mkpebi dị elu karịa microscope optical ma bara ezigbo uru maka:
- lee ọdịdị nke mmiri ozuzo na usoro,
- ileba anya n'elu mgbawa (fractography),
- nyochaa usoro mgbawa (ductile, brittle, intergranular).
A na-ejikọkarị SEM na Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) maka nyocha ihe ndị dị n'ógbè, dịka ọmụmaatụ ịchọpụta ihe ndị dị n'ime ígwè ma ọ bụ ihe ndị dị n'ime ọla kọpa na alloys aluminom.
3. X-ray Diffraction (XRD)
A na-eji X-ray diffraction (XRD) achọpụta usoro kristal na paramita lattice. XRD na-enyere aka:
- chọpụta usoro ndị siri ike ịmata ọdịiche dị n'etiti ihe eji eme ihe,
- ịtụ nrụgide fọdụrụnụ,
- ịhụ udidi nke kristal ahụ,
- ma tụọ nha kristal ahụ n'ime ihe ndị dị ezigbo mma.
N'ime ígwè, XRD nwere ike ịmata ọdịiche dị n'etiti ferrite, austenite e jigidere, na martensite site na ụkpụrụ diffraction njirimara.
4. TEM (Nzipu Electron Microscopy)
Maka ihe nlele nke nanometer, TEM dị oke mkpa, ọkachasị maka alloys ndị mmiri ozuzo siri ike ma ọ bụ ndị nwere nnukwu mgbanwe. TEM nwere ike igosi:
- mgbanwe na obere mkpụrụ osisi,
- nanoprecipitate,
- nsogbu ndị na-ejuputa,
- yana oke nkebi dị nro nke ukwuu.
Ozi a dị oke mkpa na alloys ọgbara ọhụrụ dịka aluminum nke na-eme ka ọ sie ike ogologo oge, ígwè martensitic, ma ọ bụ alloys titanium maka ojiji ụgbọelu.
5. Nnwale Na-anaghị Ebibi Ihe (NDT)
N'ọrụ ụlọ ọrụ mmepụta ihe, njirimara nhazi anaghị achọ mgbe niile mbibi nke ihe mejupụtara ya. Usoro NDT gụnyere:
- nnwale ultrasound iji chọpụta ntụpọ dị n'ime,
- redio (X-ray/gamma) maka oghere na mgbawa,
- ihe ndọta maka ntụpọ elu na ígwè ferromagnetic,
– agba na-abanye n'ime ihe maka mgbawa elu dị iche iche na ọla.
NDT dị oke mkpa maka njikwa mma na nyocha oge niile na owuwu dị mkpa.
Mmekọrịta dị n'etiti Microstructure na Mechanical Properties
Mmekọrịta nhazi na ihe onwunwe dị n'isi sayensị ihe onwunwe. Ụfọdụ ihe atụ a na-ahụkarị nke mmekọrịta ndị a bụ:
– Mmiri ozuzo dị mma na-eme ka ike dịkwuo elu (mmiri na-eme ka ọ sie ike) mana ọ nwere ike ibelata ike ịrụ ọrụ ma ọ bụrụ na ọ gabiga ókè.
– Obere nha ọka na-eme ka ike dịkwuo elu ma na-esikarị ike, mana usoro ụfọdụ nwere ike ime ka nrụgide fọdụrụnụ dịkwuo elu.
– Usoro siri ike dịka martensite na-eme ka ike na ịdị ike dịkwuo elu, mana ọ nwere ike ibelata ike ma ọ bụrụ na emeghị ya ka ọ dị nro.
– Ntinye na porosity na-ebelata ike ọgwụgwụ na ike ọgwụgwụ n'ihi na ha na-aghọ ebe mmalite nke mgbawa.
Ya mere, nkọwa nke nsonaazụ nnwale igwe ga-ejikọta mgbe niile na nsonaazụ nke nyocha nhazi ka e wee nwee ike ịghọta ihe kpatara omume ihe onwunwe, ọ bụghị naanị idekọ.
Penutup
Nhazi na nhazi nke alloys ígwè bụ ihe dị mkpa iji hụ na ihe ndị e ji arụ ọrụ ruru ihe achọrọ maka imewe na nchekwa. Nnwale igwe dịka tensile, ike, mmetụta, ike ọgwụgwụ, na ịrị elu na-enye data ọnụọgụgụ gbasara arụmọrụ ihe n'okpuru ọnọdụ ibu dị iche iche. Ka ọ dị ugbu a, nhazi site na metallography, SEM/EDS, XRD, TEM, na NDT na-akọwa ihe "mere" e ji arụ ọrụ na-egosipụta ụfọdụ ihe onwunwe site na ikpughe usoro, nha ọka, ihe ndị na-ebute mmiri, ihe ndị na-apụ apụ, na ntụpọ dị n'ime. Njikọta nke ihe ndị a na-enye ohere maka imeziwanye nhazi alloy, ọgwụgwọ okpomọkụ, na usoro mmepụta, na-enye ohere maka imewe alloy a pụrụ ịtụkwasị obi karịa maka ngwa sitere na owuwu na ụgbọ ala ruo na ikuku na ike.
Ọ bụrụ na ịchọrọ, enwere m ike ịgbanwe isiokwu a ka ọ bụrụ okwu 1000 siri ike (kpọmkwem 1000), ma ọ bụ lekwasị anya na ihe ndị yiri ya dịka ígwè, aluminom, titanium, ma ọ bụ nickel superalloys.
