A'afiaga o le Saosaoa o le Malulu i le Fausaga Laiti o le U'amea
I le saienisi o meafaitino ma le metallurgy, o le saoasaoa o le malulu o se tasi lea o mea e sili ona taua e fuafua ai le fausaga laiti o uʻamea. O le fausaga laiti—le faatulagaga o fatu, vaega, ma lo latou tufatufaina i se fua fa'amikroskopi—e matua a'afia ai meatotino fa'amekanika e pei o le ma'a'a, malosi o le tensile, ductility, toughness, ma le tete'e atu i le ofuina ma le 'ele. O auala eseese o le malulu (vave, feololo, po'o le gesegese) e mafai ona maua ai ni fausaga laiti eseese e tusa lava pe tutusa le tuufaatasiga o vaila'au. O le mea lea, o le puleaina o le saoasaoa o le malulu o le fatu lea o faiga eseese o togafitiga vevela e pei o le annealing, normalizing, quenching, ma le tempering.
1. Manatu autū o le fausaga laiti ma le suiga o vaega
O u'amea ma mea fa'a'au'au e masani ona faia i ni vaega (e pei o le ferrite, austenite, cementite i le u'amea) e fausia ona o ni suiga o vaega fa'atasi ai ma suiga o le vevela. I le vevela maualuga, o nisi u'amea e iai i se vaega e sili atu ona mautu i lena vevela; a fa'amālūlūina, e mafai ona liua lena vaega i se isi vaega e mautu i se vevela maualalo. O nei suiga e mafai ona fa'asalalauina (e mana'omia ai le gaoioi o atomu i le fa'asalalauina) pe le fa'asalalauina (vave, e le fa'alagolago i le fa'asalalauina, e pei o le martensite i le u'amea).
O le fua fa'amālūlū e fuafua ai pe lava le taimi e maua e atomu e fa'asalalau ma fausia ai se vaega paleni pe "maua" i se vaega e le mautu. I se tulaga lautele:
– Fa'amālūlū malie → e iai le taimi e sosolo ai atomu → e o'o atu le vaega i le paleni → e foliga mai e lapopo'a atu fatu.
– Vave ona mālūlū → taofia le sosolo → ua fausia le vaega metastable/lelei → ni fatu laiti po'o se fausaga o le nila/lamella.
2. Fa'amālūlū malie: e sili atu le mafiafia o le fausaga ma ua latalata i le paleni.
E masani ona tupu le fa'amālūlūina malie i le taimi o le fa'amālūlūina i le ogaumu po'o le fa'amālūlūina i le ogaumu. Ona o le maualalo o le fua fa'amālūlūina, e tele avanoa e maua e atomu e siitia atu ai i o latou tulaga maualalo o le malosi, ma i'u ai i ni vaega e foliga mai e ogatasi ma le ata o le vaega paleni.
O aʻafiaga autū o le faʻamālūlūina lemu o le:
1. Tuputupu aʻe o saito
E fausia ni fatu lapopo'a ona e iai le taimi e gaoioi ai tuaoi o fatu ma fa'aitiitia ai le malosi atoa o le faiga. O lenei fausaga mafiafia e masani ona mafua ai:
- fa'aitiitia le malosi ma le ma'a'a,
– e masani ona faateleina le finafinau (seia oo i se tulaga patino),
– e mafai ona fa'aitiitia le ma'a'a pe afai e lapopo'a tele fatu.
2. Fausiaina o le vaega paleni
I le u'amea kaponi, o le fa'amālūlūina malie o le austenite e maua ai le pearlite e fai si mafiafia (o se fa'afefiloi o le ferrite ma le cementite lamellae). O le pearlite mafiafia e masani ona vaivai ma sili atu ona ductile nai lo le pearlite manifinifi.
3. Fa'amālūlūina o le fe'ese'esea'iga i totonu
Ona o le telegese o le suiga o le vevela, e laʻititi ai le feliuliuaʻiga o le vevela, ma mafua ai ona maualalo le mamafa o totoe. E faʻaitiitia ai le lamatiaga o le māvaevae ona o le malulu.
I se tulaga faatino, e filifilia le faamaluluina malie pe afai o le sini o le faagasologa o le faateleina lea o le fetuutuunai, faaleleia le faigofie ona masini, pe aveese ai popolega o totoe pe a uma le galue malulu.
3. Fa'amālūlūina feololo: fetu'una'iga i le va o le malosi ma le ma'a'a
E tupu le fa'amālūlūina i faiga e pei o le fa'atulagaina (fa'avevela le u'amea i le vaega austenite ona fa'amālūlūina lea i le ea). E vave atu le fua fa'amālūlūina nai lo le fa'amālūlūina ae le vave e pei o le fa'amālūlūina.
O le faaiuga:
– e masani ona laʻititi le tele o le fatu nai lo le faʻamafanafana,
– e sili atu ona manifinifi le fausia o le pearlite,
– e masani ona paleni meatotino fa'amekanika: e fa'ateleina le malosi ma le ma'a'a pe a fa'atusatusa i le fa'avevela (annealing), ae o lo'o tumau pea le lelei o le mautu (ductility).
E masani ona faʻaaogaina le normalizing e "faʻatulaga masani" ai le microstructure pe a uma ona faʻapala pe faʻavevela, e pei o le faʻaitiitia o le micro-segregation, faʻaleleia atili le tutusa o le fausaga, ma le mauaina o se tuʻufaʻatasiga mautu o meatotino.
4. Fa'amālūlū vave (fa'amālūlūina): fausaga lelei pe mautu fo'i
O le fa'amālūlūina vave, e pei o le fa'amālūlūina i le vai, suāu'u, po'o vaila'au fa'apolymer, e maua ai le maualuga o le saoasaoa o le fa'amālūlūina lea e mafai ona taofia ai le sosolo o le atomika. I nisi faiga, e mafua ai ona fa'atupuina ni vaega e sili atu ona faigata ma mautu.
O le faʻataʻitaʻiga sili ona lauiloa o loʻo i le uʻamea:
– E fa'avevela le u'amea se'ia o'o ina liua i le austenite.
– Afai e vave ona fa'amālūlūina, e leai se taimi e suia ai le austenite i le ferrite + cementite (pearlite/bainite).
– Ua fausia le Martensite, o se fausaga laʻititi e tumu i le kaponi ma e foliga e pei o se nila/uʻamea malo tele.
Uiga o le vave fa'amālūlūina:
1. Ua matuā faʻateleina le sauā
E matuā malō le Martensite ae e malepelepe fo'i. O le mea lea, o le fa'amālūlūina e masani ona sosoo ai ma le fa'amālūlūina, o le toe fa'avevela lea i se vevela maualalo e fa'ateleina ai le malosi ma fa'aitiitia ai le malepelepe.
2. Fausaga manifinifi tele
O le maualuga o le saoasaoa o le malulu e masani ona maua ai ni fausaga laiti e sili atu ona lelei. O le fausaga laiti e masani ona faʻateleina ai le malosi e tusa ai ma le sootaga Hall-Petch (o le laʻititi o fatu, o le maualuga foi lea o le malosi e maua ai).
3. Maualuga le atuatuvalega totoe ma le lamatiaga o le fa'aletonu
O le vave ona malulu e mafua ai se feeseeseaʻiga tele o le vevela i le va o le fogāeleele ma le ogatotonu, ma mafua ai ni faʻalavelave i totonu. E mafai ona mafua ai:
– fa'amāmā le ta'ape (fa'amāmā le ta'ape),
– suiga o foliga (fa'api'opi'o),
– eseesega i le ma'a'a mai luga i totonu pe afai e le tutusa le mālūlū.
Ona o nei tulaga lamatia, ua matua taua tele ai le filifilia o ala e tineia ai le afi ma le mamanu o le faagasologa (faagaoioi, tele o vaega, geometry).
5. Mea masani e tutupu i le uʻamea: le matafaioi o ata o le TTT ma le CCT
Ina ia malamalama atili i le aafiaga o le saoasaoa o le malulu i le uʻamea, e masani ona faʻaaogaina e le au suʻesuʻe uʻamea ni ata o le TTT (Time-Temperature-Transformation) ma le CCT (Continuous Cooling Transformation). O nei ata e faʻaalia ai le taimi e amata ai ma faʻamaeʻa ai le suiga o le austenite i le pearlite, bainite, poʻo le martensite.
– A fa'amālūlū malie, e ui atu le ala o le vevela i le taimi i le vaega o le fausiaina o le pearlite → gaosia ai le pearlite mafiafia/manifi e fuafua i le saoasaoa.
– A vave ona fa'amālūlūina, e mafai e le ala ona ui atu i le “isu” o le pi'o TTT ina ia 'aua ne'i fausia ai le pearlite → fa'ataga ai le bainite po'o le martensite.
I se isi faaupuga, o le fua faatatau o le faamaluluina e fuafua ai le vaega mulimuli faapea foi ma le vaega o vaega taitasi, lea e iu lava ina fuafua ai meatotino faaniukilia.
6. Aafiaga o le fua fa'amālūlū i u'amea e le o u'amea
E ui o le faʻataʻitaʻiga sili ona lauiloa o le uʻamea, ae o mataupu faavae e faʻaoga lautele i isi uʻamea faʻafefiloi:
– Alumini u'amea: O le vave fa'amālūlūina mai le togafitiga fa'avevela o le vaila'au e mafai ona fa'atumauina ai se vaila'au mautu e matua'i tumu, lea e fa'amalosia e ala i le fa'ama'a'aina/fa'ama'a'aina ona o le fa'asusu. O le fua fa'amālūlūina e a'afia ai le tele ma le tufatufaina o mea e fa'aputuina, ma a'afia ai le malosi.
– 'Apameme ma apamemea: O le fa'amālūlūina e a'afia ai le tufatufaina o vaega ma le fa'atupuina o nisi o mea e fa'aputuina, lea e a'afia ai le ma'a'a ma le fa'a'ave'eseina o le eletise.
– Titanium alloys: O le fua fa'amālūlū e a'afia ai le suiga mai le beta i le alpha phase po'o se fausaga martensitic fa'apitoa, e a'afia ai le tu'ufa'atasiga o le malosi ma le ma'a'a.
I le tele o u'amea fa'a'aisa, o le fa'amālūlūina vave e masani ona maua ai ni fausaga e metastable ona toe fa'aleleia lea e ala i nisi togafitiga e ausia ai meatotino sili ona lelei.
7. Faaiuga
O le saoasaoa o le malulu e iai sona aafiaga taua i le fausaga laiti o u'amea auā e pulea ai le tele o suiga o vaega e tutupu e ala i le sosolo po'o ni auala vave e le sosolo ai. O le malulu malie e masani ona maua ai se fausaga laiti e sili atu ona mafiafia, e toetoe lava a tutusa ma le maualalo o le mamafa o totoe ma le sili atu le ductility. O le malulu feololo e ofoina atu ai se fetuunaiga i se fausaga laiti e sili atu ona lelei ma meatotino paleni. I le taimi nei, o le malulu vave e mafai ona maua ai ni fausaga laiti e matua lelei lava pe mautu e pei o le martensite i le u'amea, e fa'ateleina ai le ma'a'a ma le malosi ae lamatia ai le fa'ateleina o le mamafa o totoe, fa'aletonu, ma le malepelepe.
I faiga fa'ainisinia, e leai se "fua fa'atatau sili ona lelei mo le fa'amālūlūina." E na'o le fua fa'atatau o le fa'amālūlūina e sili ona fetaui ma le tu'ufa'atasiga o le u'amea fa'a'au'au, le tele o le vaega, le auala e fa'amālūlūina ai, ma meatotino mulimuli e fa'amoemoeina. O le mea lea, o le puleaina o le fua fa'atatau o le fa'amālūlūina—e masani ona tu'ufa'atasia ma togafitiga fa'avevela mulimuli ane—o le ki lea i le mamanuina o u'amea e saogalemu, fa'atuatuaina, ma lelei le fa'atinoga mo le tele o fa'aoga fa'apisinisi.
