ווירקונג פון צומיש עלעמענטן אויף מעכאנישע אייגנשאפטן פון מעטאלן
ריינע מעטאַלן ווערן זעלטן גענוצט גלייך אין אינזשעניריע אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן הויך שטאַרקייט, טראָגן קעגנשטעל, אָדער טאַפנאַס אונטער עקסטרעמע באדינגונגען. ריין אַלומינום, למשל, איז לייכט און קעראָוזשאַן-קעגנשטעליק, אָבער לעפיערעך ווייך. ריין אייַזן איז מאַדזשאַבאַל, אָבער זיין שטאַרקייט איז לימיטעד. דעריבער, אינדוסטריע כּמעט שטענדיק ניצט מעטאַל אַלויז, וואָס זענען באַזע מעטאַלן געמישט מיט אנדערע עלעמענטן אין ספּעציפיש פּראָפּאָרציעס צו דערגרייכן אַ העכערע קאָמבינאַציע פון אייגנטומס. די צוגעגעבן עלעמענטן ווערן גערופן אַלויינג עלעמענטן, און זייער השפּעה אויף מעכאַנישע אייגנשאַפטן - אַזאַ ווי טענסאַל שטאַרקייט, כאַרדנאַס, דאַקטילאַטי, טאַפנאַס, מידקייט קעגנשטעל, און טראָגן קעגנשטעל - איז באַטייטיק.
גרונטלעכע באַגריף: פארוואס טוישן צומיש עלעמענטן מעכאנישע אייגנשאפטן?
די מעכאנישע אייגנשאפטן פון מעטאלן ווערן באשטימט דורך זייער מיקראסטרוקטור: קערל גרייס, טיפ און צאל פאזעס, פארשפרייטונג פון אויסזעצונגען, און די אנוועזנהייט פון קריסטאל דעפעקטן ווי למשל דיסלאקאציעס. צומיש עלעמענטן באאיינפלוסן די אייגנשאפטן דורך עטלעכע שליסל מעכאניזמען:
1. פעסטע לייזונג פארשטארקן
אַטאָמען פון צומישנדיקע עלעמענטן קענען פאַרבייטן באַזע מעטאַל אַטאָמען (סאַבסטיטוציע) אָדער פּלאָמבירן גאַפּס צווישן אַטאָמען (אינטערסטיטיאַל). אונטערשיידן אין אַטאָמישער גרייס און כעמישע פֿאַרבינדונג שאַפֿן גיטער דיסטאָרשאַנז וואָס פאַרהיטן דיסלאָקאַציע באַוועגונג. דאָס רעזולטאַטן אין געוואקסן שטאַרקייט און כאַרדנאַס, אָבער פאַרקלענערט דאַקטילאַטי.
2. אָפּזאַץ פֿאַרהאַרטונג (עלטער פֿאַרהאַרטונג)
אין געוויסע צומישן, פּראָדוצירט היץ באַהאַנדלונג פײַן-קערנדיקע אָפּזאַץ פּאַרטיקלען (למשל, אַל-קופּער אָדער אַל-מג-סיליקאָן). די אָפּזאַץ דינען ווי אַ "באַריער" צו דיסלאָקאַציעס, וואָס דראַמאַטיש פאַרגרעסערט שטאַרקייט.
3. פארשטארקן דורך די פארמאציע פון שווערע פאזעס (למשל קארבידן, ניטרידן, אינטערמעטאליקס)
עלעמענטן ווי Cr, V, W, און Mo טענד צו פארמירן שווערע קארבידן אין שטאל. די שווערע פאזעס פארגרעסערן די הארטקייט און די קעגנשטעל קעגן טראָגן, אבער קענען רעדוצירן די שטאַרקייט אויב זיי זענען פאראן אין איבערפלוס אדער שלעכט פארשפרייט.
4. קערל ראַפינירן
געוויסע עלעמענטן אדער מעטאַלורגישע פּראָצעסן וואָס ווערן באַאיינפלוסט דורך צומיש עלעמענטן קענען פּראָדוצירן פיינערע קערלעך. פיינערע קערלעך פאַרגרעסערן בכלל די טראָגן שטאַרקייט און טאַפנאַס.
5. ענדערונגען אין פאַזע דיאַגראַם און היץ באַהאַנדלונגסאַביליטי
צומיש עלעמענטן קענען סטאביליזירן געוויסע פאזעס, פארשיבן די טראנספארמאציע טעמפעראטור, און פארגרעסערן פארהארטבארקייט. אין שטאל, למשל, דערלויבט די צוגאב פון געוויסע עלעמענטן מארטענסיט צו פארמירן אפילו אויב די קילונג איז נישט זייער שנעל.
דער עפעקט פון צומיש עלעמענטן אויף שטאָל: די ברייטסטע ביישפילן
שטאָל איז די מערסט פּראָסט צומיש סיסטעם, בפֿרט ווײַל קליינע ענדערונגען אין עלעמענט אינהאַלט קענען פּראָדוצירן גרויסע וועריאַציעס אין מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן.
1. קוילן (C)
קוילן איז דער וויכטיגסטער צומיש עלעמענט אין שטאָל. עס פארגרעסערט שטאַרקייט און כאַרטקייט דורך דער פאָרמירונג פון צעמענטיט (Fe₃C) און די מעגלעכקייט צו פאָרמירן מאַרטענזיט נאָך האַרטעניש.
– שטאַרקייט און כאַרטקייט: וואַקסט מיט וואַקסנדיקן C אינהאַלט.
– האַרטנעקײַט און פעסטקײַט: טענדירט צו פֿאַרמינדערן ווען C איז צו הויך.
– טראָגן קעגנשטעל: געוואקסן רעכט צו מער שווערער פאַזע.
נידעריק קאַרבאָן שטאָל איז מער דאַקטיל און גרינגער צו שווייסן, בשעת הויך קאַרבאָן שטאָל איז האַרדער אָבער מער שוואַך.
2. מאַנגאַן (Mn)
מאַנגאַן פאַרגרעסערט שטאַרקייט דורך האַרטע לייזונג און העלפֿט בינדן שוועבל צו פֿאָרמירן MnS (רעדוצירן הייס קורץקייט).
– שטאַרקייט און האַרטקייט: געוואקסן.
– האַרטקייט: קען זיך פֿאַרגרעסערן ביי מיטלמעסיקע לעוועלס, אָבער ביי הויכע לעוועלס איז מיקראָסטרוקטורעלע קאָנטראָל נויטיק.
3. כראָם (Cr)
קראָום איז באַקאַנט אין ומבאַפלעקט שטאָל, אָבער ווערט אויך ברייט געניצט פֿאַר זײַן שטאַרקייט און טראָגן-קעגנשטעל.
– טראָגן קעגנשטעל און כאַרדנאַס: געוואקסן דורך די פאָרמירונג פון שווערע Cr קאַרביידז.
– האַרטקייט: פֿאַרגרעסערט, ערמעגלעכנדיג האַרטקייט פֿון דיקערע קראָס-סעקשאַנז.
– קעראָוזשאַן קעגנשטעל: פאַרגרעסערט זיך ווען הויך גענוג (געווענליך ≥ ~10,5% אין ומבאַפלעקט שטאָל) רעכט צו דער פאָרמירונג פון אַ פּאַסיוו שיכט פון Cr₂O₃.
– ריזיקע: צו פיל קאַרבידן קענען רעדוצירן די האַרטקייט.
4. ניקעל (Ni)
ניקעל איז אַן אויסגעצייכנטער שטאַרקייט פֿאַרשטאַרקער, ספּעציעל ביי נידעריקע טעמפּעראַטורן.
– האַרטקייט און דאַקטילאַטי: געוואקסן, העלפט פאַרמייַדן שוואַכקייט פון בראָך.
– שטאַרקייט: געוואקסן בשעת מען האַלט גוטע פעסטקייט.
– אַפּליקאַציע: ניי-עלומייט שטאָל פֿאַר שיפן, קריאָגעניק טאַנקען און קאָמפּאָנענטן וואָס דאַרפן הויך שטאַרקייט.
5. מאָליבדענום (מאָ)
מאָליבדענום ווערט ברייט גענוצט פֿאַר הויך טעמפּעראַטור אַפּליקאַציעס און צו אַנטקעגנשטעלנ זיך ווייכער מאַכן.
– שטאַרקייט ביי הויכע טעמפּעראַטורן: געוואקסן (בעסערע קריך קעגנשטעל).
– האַרטקייט: געוואקסן.
– קעגנשטעל צו טעמפּערירונג פארשפרייטקייט: מאטריום קען העלפן רעדוצירן די טענדענץ צו פארשפרייטן זיך נאך טעמפּערירונג ביי געוויסע טעמפעראטור ראיאנען.
6. וואַנאַדיום (V), ניאָביום (Nb), טיטאַניום (Ti)
די מיקראָ-אַלויינג עלעמענטן זענען עפעקטיוו אפילו ביי נידעריקע קאָנצענטראַציעס. זיי שאַפֿן פֿײַנע קאַרבידן/ניטרידן און פֿאַרפֿײַנערן די קערל.
– טראָגן שטאַרקייט: באַדייטנד געוואקסן דורך פיינע אָפּזאַץ און קערל ראַפינירן.
– ווידערשטאנדסקראפט: קען בלייבן גוט אויב פּראָצעס קאָנטראָל איז צונעמען.
– אַפּליקאַציע: HSLA (הויך שטאַרקייט נידעריק צומיש) שטאָל פֿאַר סטרוקטורן.
7. סיליקאָן (Si)
סיליקאָן איז אַן אַלגעמיינער דעאָקסידיזאַטאָר און אויך שטאַרקט האַרטע לייזונגען.
– שטאַרקייט: פֿאַרגרעסערט.
– קעגנשטעל צו אקסידאציע: פארגרעסערט אונטער געוויסע באדינגונגען.
– באַמערקונג: הויך סיליקאָן אינהאַלט קען אַפעקטירן דאַקטילאַטי און פאָרמירונג-פיייקייט.
דער עפעקט פון צומיש עלעמענטן אויף אַלומינום צומישן
אַלומינום איז זייער רעאַגירנדיק צו פֿאַרשטאַרקונג פֿון אָפּזאַץ. דעריבער, איז דער הויפּט צומיש עלעמענט, אַל, דיזיינד צו שאַפֿן פֿײַנע אָפּזאַץ דורך לייזונג באַהאַנדלונג און אַלטערן.
– קופּער (Cu): פאַרגרעסערט הויך שטאַרקייט (2xxx סעריע) דורך אָפּזאַץ, אָבער קעראָוזשאַן קעגנשטעל קען פאַרקלענערן.
– מאַגנעזיום (Mg): פאַרגרעסערט שטאַרקייט און קעראָוזשאַן קעגנשטעל; צוזאַמען מיט Si פאָרמירט Mg₂Si (6xxx סעריע) וואָס באַלאַנסירט שטאַרקייט און פּראַסעסאַביליטי.
– צינק (Zn) + מג (און אָפט קופּער): פּראָדוצירט זייער שטאַרקע אַלויז (7xxx סעריע), פּאָפּולער אין לופטפאָרט, אָבער עטלעכע קאָמפּאָזיציעס זענען סאַסעפּטאַבאַל צו דרוק קעראָוזשאַן קראַקינג (SCC) און דאַרפן היץ קאָנטראָל און שוץ.
– סיליקאָן (Si): העלפֿט גיסן די מעגלעכקייט און, מיט Mg, שטיצט אָפּזאַץ.
אין אַלומינום, ווערט געוואקסענע שטאַרקייט אָפט "באַצאָלט" דורך פאַרקלענערטע דאַקטילאַטי, ווי אויך סענסיטיוויטי צו קעראָוזשאַן אין געוויסע עלעמענט קאָמבינאַציעס.
דער עפעקט פון צומיש עלעמענטן אויף קופּער און טיטאַניום צומישן (אין א בליק)
אין קופּער אַלויז, די צוגאב פון Zn (מעשינג) פאַרגרעסערט שטאַרקייט און פּראָצעסאַביליטי, בשעת Sn (בראָנדז) פאַרגרעסערט טראָגן קעגנשטעל און עטלעכע קעראָוזשאַן קעגנשטעל. אָבער, העכער אַלויינג עלעמענטן בכלל פאַרקלענערן עלעקטרישע / טערמאַל קאַנדאַקטיוויטי - אַ באַטייטיק קאָמפּראָמיס אין עלעקטרישע קאַמפּאָונאַנץ.
אין טיטאניום צומישן, עלעמענטן ווי Al סטאביליזירן די אלפא פאזע, בשעת V און Mo סטאביליזירן די ביתא פאזע. אלפא-ביתא צומישן (למשל, Ti-6Al-4V) פאָרשלאָגן אַ קאָמבינאַציע פון הויך שטאַרקייט, טאַפנאַס, און קעראָוזשאַן קעגנשטעל, מיט אַ נידעריק ספּעציפיש גראַוויטי. די מעכאַנישע פּראָפּערטיעס פון טיטאניום אָפענגען לאַרגעלי אויף די פאַסעס געשאפן און די היץ באַהאַנדלונג.
די באַציִונג צווישן צומיש עלעמענטן און די הויפּט מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן
דאָ איז אַ קיצור פון אָפט געטראָפֿענע באַציִונגען:
– צוג-שטאַרקייט / טראָגן-שטאַרקייט: בכלל פאַרגרעסערט זיך מיט האַרטער לייזונג, אָפּזאַץ, פיינע גריינז און שווערע פאַזעס.
– האַרטקייט: וואַקסט מיט מאַרטענזיט (אין שטאָל), אָפּזעצונגען, און קאַרבידן/ניטרידן.
– האַרטקייט: אָפט פאַרקלענערט זיך ווען שטאַרקייט/האַרטקייט פאַרגרעסערט זיך, אָבער עלעמענטן ווי ניקעל קענען האַלטן האַרטקייט.
– אימפּאַקט האַרטקייט: באַאיינפלוסט דורך קערל גרייס, האַרטע פאַזע פאַרשפּרייטונג, און די בייַזייַן פון ינקלוזשאַנז; ני און קערל ראַפינירונג טענד צו העלפֿן.
– מידקייט קעגנשטעל: פארגרעסערט זיך מיט האָמאָגענע מיקראָסטרוקטור, קליינע איינשליסונגען, און פארגרעסערטע שטאַרקייט; אָבער, גראָבע אָפּזאַץ/מיקראָקראַקס קענען זיך ערגער מאַכן.
– טראָגן קעגנשטעל: געוואקסן מיט שווערע קאַרבידעס, מאַרטענזיט און גוטע ייבערפלאַך כאַרדנאַס.
קלאָוזינג
צומיש עלעמענטן זענען שליסל "אינזשעניריע מכשירים" אין מעטאַלורגיע פֿאַר צופּאַסן די מעכאַנישע אייגנשאַפֿטן פֿון מעטאַלן צו די באַדערפֿנישן פֿון דער אַפּליקאַציע. דורך אויסקלײַבן דעם טיפּ און קאָנצענטראַציע פֿון עלעמענטן, און דערנאָך קאָנטראָלירן פּראָצעסן ווי היץ באַהאַנדלונג, קווענטשינג, און מיקראָסטרוקטוראַל קאָנטראָל, קענען אינזשענירן פּראָדוצירן מאַטעריאַלן וואָס זענען ליכט אָבער שטאַרק, שווער אָבער האַרט, אָדער טראָגן-קעגנשטעליק און אַרבעטן בײַ הויכע טעמפּעראַטורן. אָבער, יעדע פֿאַרבעסערונג אין אייגנשאַפֿטן קומט געוויינטלעך מיט קאָמפּראָמיסן: געוואקסענע שטאַרקייט קען רעדוצירן דאַקטילאַטי, אָפּזאַץ-פֿאַרשטאַרקונג קען פֿאַרגרעסערן דעם ריזיקאָ פֿון געוויסע קעראָוזיע, און פֿאַרהאַרטונג פֿאַזעס קענען רעדוצירן האַרטקייט אויב נישט קאָנטראָלירט. דעריבער, איז צומיש פּלאַן שטענדיק אַ וואָג צווישן קאָמפּאָזיציע, פּראָצעס, און פֿעלד פאָרשטעלונג פֿאָדערונגען.
