Mhedzisiro yeAlloying Elements paMechanical Properties yeMetals
Simbi dzakachena hadziwanzo shandiswa zvakananga mumashandisirwo einjiniya anoda simba rakawanda, kuramba kupfeka, kana kusimba mumamiriro ezvinhu akaoma. Semuenzaniso, aruminiyamu yakachena yakareruka uye inodzivirira ngura, asi yakapfava. Simbi yakachena inogona kunyungudika, asi simba rayo rakaganhurirwa. Nokudaro, maindasitiri anoshandisa alloys esimbi, ayo ari simbi dzepasi dzakasanganiswa nezvimwe zvinhu muhuwandu hwakatarwa kuti awane musanganiswa wehunhu hwakanaka. Zvinhu izvi zvakawedzerwa zvinonzi alloying elements, uye simba razvo pahunhu hwemakanika—sekusimba kwekusimba, kuomarara, ductility, kusimba, kuramba kuneta, uye kuramba kupfeka—zvakakosha.
Pfungwa huru: sei zvinhu zvekubatanidza zvichichinja hunhu hwemakanika?
Hunhu hwesimbi hunoenderana nemaumbirwo adzo: saizi yetsanga, mhando uye huwandu hwezvikamu, kupararira kwemvura inonaya, uye kuvapo kwezvikanganiso zvekristaro zvakaita sekubviswa kwenzvimbo. Zvinhu zvinosanganisa alloying zvinopesvedzera hunhu uhwu kuburikidza nenzira dzakasiyana-siyana:
1. Kusimbisa mhinduro yakasimba
Kubatanidza maatomu echinhu kunogona kutsiva maatomu esimbi (kutsiva) kana kuzadza mipata iri pakati pemaatomu (interstitial). Kusiyana kwehukuru hweatomu uye kubatana kwemakemikari kunoita kuti pave nekukanganisika kwelattice kunodzivisa kufamba kwe dislocation. Izvi zvinoguma nekusimba kwakawedzerwa uye kuomarara, asi kudzikira kwe ductility.
2. Kuoma kwemvura (kuoma kwekukura)
Mune mamwe ma alloys, kurapwa nekupisa kunoburitsa zvidimbu zve precipitate zvakacheneswa (semuenzaniso, Al-Cu kana Al-Mg-Si). Precipitate idzi dzinoshanda se "chipingamupinyi" chekubviswa kwechinhu, zvichiwedzera simba zvakanyanya.
3. Kusimbisa kuburikidza nekuumbwa kwezvikamu zvakaoma (semuenzaniso makabhohaidhiretsi, nitrides, intermetallics)
Zvinhu zvakaita seCr, V, W, uye Mo zvinowanzogadzira ma hard carbides musimbi. Aya ma hard steel anowedzera kuomarara uye kusakara, asi anogona kuderedza kuomarara kana aripo akawandisa kana kuti asina kupararira zvakanaka.
4. Kucheneswa kwezviyo
Zvimwe zvinhu kana maitiro esimbi anokonzerwa nekubatanidza zvinhu zvinogona kugadzira tsanga dzakatetepa. Tsanga dzakatetepa dzinowanzo wedzera simba regoho nekusimba.
5. Kuchinja kwedhayagiramu yechikamu uye kugona kurapwa kwekupisa
Zvinhu zvinosanganisa alloying zvinogona kudzikamisa mamwe matanho, kuchinja tembiricha yekushanduka, uye kuwedzera kuomarara. Semuenzaniso, musimbi, kuwedzerwa kwezvimwe zvinhu kunobvumira martensite kuumbwa kunyangwe kutonhora kusingakurumidzi.
Mhedzisiro yekubatanidza zvinhu pasimbi: mienzaniso yakakura kwazvo
Simbi ndiyo inonyanya kushandiswa mu alloy system, kunyanya nekuti shanduko diki muzvinhu zvinogona kukonzera kusiyana kukuru muhunhu hwemakanika.
1. Kabhoni (C)
Kabhoni ndiyo inonyanya kukosha musimbi. Inowedzera simba nekuomarara kuburikidza nekuumbwa kwecementite (Fe₃C) uye kugona kugadzira martensite mushure mekuomarara.
– Simba uye kuomarara: kunowedzera nekuwedzera kwehuwandu hweC.
– Kusimba & kusimba: kunowanzo derera kana C yakakwira zvakanyanya.
– Kusapfeka zvakanaka: kwakawedzera nekuda kwechikamu chakaoma.
Simbi ine kabhoni shoma inopfava uye iri nyore kusanganisa, nepo simbi ine kabhoni yakawanda yakaoma asi inopwanyika.
2. Manganese (Mn)
Manganese inowedzera simba kuburikidza nemhinduro yakasimba uye inobatsira kusunga sarufa kuti igadzire MnS (kuderedza kupisa kushoma).
– Simba uye kuomarara: kwakawedzera.
– Kusimba: kunogona kuwedzera padanho riri pakati nepakati, asi padanho repamusoro kudzora magadzirirwo emukati memuviri kunodiwa.
3. Chromium (Cr)
Chrome inozivikanwa zvikuru nesimbi isingatsvedzeri, asi inoshandiswawo zvakanyanya nekuda kwesimba rayo uye kusapfekwa kwayo.
– Kuramba kupfeka uye kuomarara: kunowedzera kuburikidza nekuumbwa kweCr carbides dzakaoma.
– Kuomarara: kuwedzera, zvichiita kuti zvikamu zvakakora zviome.
– Kuramba ngura: kunowedzera kana yakakwira zvakakwana (kazhinji ≥ ~10,5% mu stainless steel) nekuda kwekuumbwa kwechikamu cheCr₂O₃ chisina kusimba.
– Njodzi: makabhohaidhiretsi akawandisa anogona kuderedza kuomarara.
4. Nickel (Ni)
Nickel chinhu chinosimudzira kusimba kwesimbi zvakanaka, kunyanya kana tembiricha yakaderera.
– Kusimba uye kugona kusimba: kwakawedzera, kunobatsira kudzivirira kutyoka kweganda.
– Simba: rinowedzerwa uku richiramba rakagwinya.
– Kushandisa: Simbi yeNi alloy yezvikepe, matangi ecryogenic uye zvikamu zvinoda kusimba kwakanyanya.
5. Molybdenum (Mo)
Molybdenum inoshandiswa zvakanyanya pakushandiswa pakupisa kwakanyanya uye kudzivirira kupfava.
– Simba pakupisa kwakanyanya: yakawedzera (kuramba kuri nani).
– Kuomarara: kwakawedzera.
– Kuramba kusviba kwemhepo: Mo inogona kubatsira kuderedza kusviba kwemhepo mushure mekusviba kwemhepo pane dzimwe nzvimbo dzekupisa.
6. Vanadium (V), Niobium (Nb), Titanium (Ti)
Zvinhu izvi zvinosanganisa zvinhu zvidiki zvinoshanda kunyangwe kana zvakaderera. Zvinogadzira makabhohaidhiretsi akanaka/nitride uye zvinonatsa tsanga.
– Simba regoho: rinowedzerwa zvakanyanya kuburikidza nekucheneswa kwezviyo zvakanaka uye kucheneswa kwezviyo.
- Kutsungirira: kunogona kuramba kwakanaka kana kutonga kwemaitiro kwakakodzera.
– Kushandisa: HSLA (High Strength Low Alloy) simbi yezvivakwa.
7. Silikoni (Si)
Silicon inoderedza oxidizer uye inosimbisawo mhinduro dzakasimba.
– Simba: rakawedzera.
– Kuramba kuokisijeni: kwakawedzera pasi pemamwe mamiriro ezvinhu.
– Cherechedza: huwandu hwakawanda hweSi hunogona kukanganisa ductility uye kugona kuumba.
Mhedzisiro yekubatanidza zvinhu paaluminium alloys
Aruminiyamu inonyatso pindura kana mvura yanaya zvakanyanya. Saka, chinhu chikuru chinobatanidza mvura, Al, chakagadzirwa kuti chigadzire ma precipitates madiki kuburikidza nekurapa uye kukwegura kwemvura.
– Mhangura (Cu): inowedzera simba rakawanda (2xxx series) kuburikidza nemvura, asi kuramba ngura kunogona kudzikira.
– Magnesium (Mg): inowedzera simba uye kuramba ngura; pamwe chete neSi zvinoumba Mg₂Si (6xxx series) iyo inoenzanisa simba uye kugona kushandiswa.
– Zinc (Zn) + Mg (uye kazhinji Cu): inogadzira alloys dzakasimba kwazvo (7xxx series), dzinofarirwa mundege, asi mimwe michina inogona kukanganiswa nekupwanyika kwesimbi (SCC) uye inoda kudzora kupisa nekudzivirira.
– Silicon (Si): inobatsira pakukanda uye, neMg, inotsigira kunaya kwemvura.
Mualuminium, simba rakawedzerwa rinowanzo "bhadharwa" nekudzikira kwe ductility, pamwe nekunzwa ngura mune zvimwe zvinhu zvinosanganiswa.
Mhedzisiro yekubatanidza zvinhu pamhangura ne titanium alloys (pakutarisa)
Muzviumbwa zvemhangura, kuwedzerwa kweZn (ndarira) kunowedzera simba uye kugona kushandiswa, nepo Sn (ndarira) kunowedzera kuramba kupfeka uye kuramba ngura. Zvisinei, zvinhu zvakanyanya kusanganiswa zvinowanzoderedza kufambiswa kwemagetsi/kupisa—chinokanganisa zvikuru zvikamu zvemagetsi.
Muzviumbwa zvetitanium, zvinhu zvakaita seAl zvinosimbisa chikamu chealpha, ukuwo V neMo zvichisimbisa chikamu chebeta. Zviumbwa zveAl-beta (semuenzaniso, Ti-6Al-4V) zvinopa musanganiswa wesimba guru, kuomarara, uye kuramba ngura, zvine simba rakaderera. Hunhu hwetitanium hunoenderana zvakanyanya nezvikamu zvakaumbwa uye kurapwa kwekupisa.
Hukama huripo pakati pezvinhu zvinosanganisa zvinhu uye hunhu hukuru hwemakanika
Heino pfupiso yehukama hunowanzo sangana nahwo:
– Simba rekusimba/simba rekugona kubereka: rinowanzo wedzera kana mvura yacho yaoma, mvura yacho yanaya, tsanga dzakapfava, uye dzakaoma.
– Kuoma: kunowedzera ne martensite (musimbi), precipitates, uye carbides/nitrides.
– Kusimba: kunowanzo derera sezvo simba/kuomarara kuchiwedzera, asi zvinhu zvakaita seNi zvinogona kuchengetedza kusimba.
– Kusimba kwesimba: kunokonzerwa nehukuru hwetsanga, kupararira kwechikamu chakaoma, uye kuvapo kwezvikamu; Ni uye kunatswa kwetsanga kunowanzo kubatsira.
– Kuramba kuneta: kunowedzera kana paine chimiro chakafanana, zvinhu zvidiki, uye simba rakawedzerwa; zvisinei, mavanga akaomarara/mavanga madiki anogona kuipa.
– Kusapfeka zvakanaka: kuwedzera kana paine makabhohaidhiretsi akaomarara, martensite uye kuomarara kwepamusoro.
Penutup
Zvinhu zve alloying ndizvo "zvishandiso zveinjiniya" zvakakosha mukugadzira simbi kuti zvienderane nezvinodiwa zvekushandisa. Nekusarudza mhando uye huwandu hwezvinhu, uye kudzora maitiro akadai sekupisa, kudzima, uye kudzora microstructural, mainjiniya vanogona kugadzira zvinhu zvakareruka asi zvakasimba, zvakaoma asi zvakaoma, kana zvisingapfeki uye zvinoshanda pakupisa kwakanyanya. Zvisinei, chero kuvandudzwa kwehunhu kunowanzo enderana nekuchinjana: simba rakawedzerwa rinogona kuderedza ductility, kusimbisa kunaya kwemvura kunogona kuwedzera njodzi yeimwe ngura, uye zvikamu zvekuomesa zvinogona kuderedza kuomarara kana zvisina kudzorwa. Naizvozvo, dhizaini ye alloy inogara iri pakati pezvinodiwa pakuumbwa, maitiro, uye mashandiro emunda.
