מבוא

[]כוח התשואות של ⁇ מתכת - הלחץ שבו חומר מתחיל לעיוות באופן פלסטי - הוא פרמטר קריטי בהנדסת מבנים ועיצוב רכיב ביצועים גבוהים.קווים ליהוק לאמנה, כגון ליהוק חול או מתכתי, לעתים קרובות לייצר אורגניזמים זעירים יחסית, אשר מגבילים את כוח ה- C1Fvate באופן קבוע: 103FRic Retens: 10.

היחסים בין העצמה מהירה וחוזק התשואות נשלטים על ידי כמה מנגנונים קלאסיים ומודרניים.על ידי דיכוי דיפוזיה לטווח ארוך להגביל את צמיחת הדגנים, RS טכניקות מאפשרות סגסוגת כי יהיה בלתי אפשרי לייצר באמצעות שיטות איזון. מאמר זה מספק סקירה מקיפה, מפורטת מבחינה טכנית של ההשפעה של ייצוב מהיר על כוח סגסוגת מתכת, כיסוי התהליכים הפיזיים הבסיסית, אבולוציה מיקרו-תרבותית, אופי, חיזוק, וטכניקות כוח נוכחיות, כדי לנקות את המנגנונים של כוח על ידי הבנה.

מה הן טכניקות סולידריות מהירות?

מוצקה מהירה (RS) מתייחסת למשפחה של תהליכים כי מתכת מלוטמת קרירה מעל טמפרטורת הנוזלים שלה למצב מוצק בשיעורים הרבה יותר מעל אלה שהושגו בהליכוד קונבנציונלי.שיעורי הקירור הגבוהים משינויים בשלבי איזון, המוביל למיקרו-דורות מטבוליים עם קשקשים מעודן.טכניקות RS הנפוצות ביותר כוללות כיס, splat quenching, ו- atomization כל שיטה יש יכולות ברורות לגבי נפח קירור, נפח המוצר.

מלט ספינינג

בשיטה נמסת, זרם של סגסוגת מלוטש מוזרק על גלגל נחושת או פלדה מסתובב במהירות.הנוזל מתפשט לתוך סרט דק (בדרך כלל 20-100 מיקרומטר עבה) כי קריר בשיעור של 1003FLT:05035FLT 1-10Fzing:2Fzing:2Fzing: 2FLT 3K / The ribbonifies מוצקה במלכודת מתכת כה מטבולית או מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מטבולית, 000 מ

Splat Quenching

ריצוף Splat כרוך להשפיע על טיפה קטנה של מתכת נוזלי בין שתי צלחות קרות, מוליכים גבוה (לעתים קרובות נחושת) או נגד תת-קרקעית קרה אחת. שיעורי קירור יכולים לעלות על 10uaFLT:07uaFLT 1 K /s, הפקת לוחות דקים דמויי פלספל עם טכניקת מיקרו-מבנה מעודן מאוד.זה משמש בעיקר במחקר בסיסי למחקר בסיסי כדי ליצור התנהגות מוצקה עבור סגסוגת חדשה.

אטום

תהליכי איטום (גזול, זיהום מים, וזיהום צנטריפוג) מייצרים חלקיקים אבקה דק על ידי פיזור זרם מתכת מלוטש באמצעות גז בלחץ גבוה או סילון נוזלי, או על ידי כוח צנטריפוגה.חלקיקים בודדים מבססים את קצב ייצור המתכת המודרנית (Ricmto) הוא ייצור מתכתי גבוה (Ricial) הוא ייצור מופחתת של 10FLT:03F10-10:2:2D) הוא בעיקרוריד (R) הוא חומר מתכתי תיבות של חומר נפץ) הוא חומר נפץ (Ricial) הוא גבוה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת זאת, לעומת זאת, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת זאת, כלומר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, על ידי אבקת מתכתי תיבות של חומר נפץ של חומר נפץ) הוא ייצור מתכתי תיבות של חומר נפץ מסחרי (R.

טכניקות אחרות

שיטות RS נוספות כוללות התכת פני לייזר, אלקטרונים נמס, ו- אלקטרוסטטי לנטיעת אלקטרוסטטית.אלה משמשים לטיפולים משטח מיוחדים או עיבוד ללא מיכל.כל שיטות RS חולקות את המטרה המשותפת של השגת ⁇ תרמי גבוה ומיצוי חום מהיר, אשר שולטות על קצבה וצמיחה של שלבים מוצקים.

תכונות Microstructural , אשר הופקו על ידי סולידריות מהירה

[ה]החתמה של קרינת RS היא סטייה משווי משקל (השערה של הדה-פיוז) שמפיקה ארבעה סוגים עיקריים של תכונות מיקרו-מבנה:0;0;0) דגנים מחוסנים ומבנים מפוצצים 1, (FLT:2extended SolubilityFLT 3:0;0; 4nanocrystalline ו-amorphousשלבים אלה הם:

גרלין מסרב והכחשה זרוע זרוע

תחת ייצוב מהיר, מספר אירועי nucleation לנפח יחידה עולה באופן דרמטי כי הפחתת הטמפרטורה (הטמפרטורה מתחת לנוזל שיווי המשקל) הוא גבוה מאוד.זה תוצאות באוכלוסייה גדולה של דגנים קטנים, בדרך כלל מיקרומטר לטווח ננומטר.לדוגמה, Al-Cu ⁇ s סגסוגתs מוצפנת באופן דרסטי ב 10FLT:06FLT:1 K /s יכול להציג גרגר מתחת ל μm, לעומת 1 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ד) לעומת 1D) לעומת 1D.

סולידריות מורחבת Solubility

ב אי שיווי משקל, את הסוללה המקסימלית של אלמנט סגסוגת בממטריקס מוגבל על ידי דיאגרמה שלב.דאצה מהירה יכול ללכוד אטומים solute ב lattice הרבה מעבר למגבלת שיווי משקל, יצירת פתרון מוצק על-טבעי.לדוגמה, את הסולילות של Fe באל יכול להיות מוגברת מ- 0.05% עד 4% דרך סיבובים אלה.

מבנהים של Amorphous ו-Nanocrystalline

אם קצב הקירור עולה על השיעור הקריטי של היווצרות זכוכית (בדרך כלל 10IRFLT:05cioFLT:1-1003FLT:27FLT 3 K /s עבור משקפיים מתכתיים), נוזל יכול לעקוף את התגבשות לחלוטין וליצור מבנה amorphous (משקפיים) מוצקה ללא גבולות דגנים ופירוק, מניעת כוח מהפרעה אטומית גבוהה יותר, 000 amorphicustects (Ric) מכיל חום גבוה יותר, 000).

שלב קריסטל מנייר

ייצוב מהיר יכול גם ליצור שלבים גבישיים שאינם מופיעים בתרשים שלב האיזון.שלבים אלה metastable לעתים קרובות יש פרמטרים שונים של צמיגים ונכסים מכניים מאשר שלבים יציבים.לדוגמה, ב ⁇ אל-לי, RS יכול לייצר את ⁇ ' (אלמנטל:03FLT:1Li) עם שלב בסדר, כפירה כי מחזק באופן משמעותי את השלבים של היווצרות זה.

חיזוק מכניזם ב- Rapidly Solidified Alloys

העלייה בחוזק התשואות שנצפה בסגסוגת RS-מעבדה נובעת מהעלפוזיציה של כמה מנגנונים מחזקים.התרומה היחסית של כל מנגנון תלויה במערכת ⁇ , בקצב הקירור ובטיפולים שלאחר עיבוד.

הול-פטריך (Grain Boundary) חיזוק

יחס הול-פטריך ( ⁇ FLT:0) ⁇ FLT:1 = ⁇ FLT:20FLT 3: + kdcioFLT:4-1/2irFLT:5, כאשר d הוא בגודל MP גרגר, מתאר כיצד גדל כוח תשואה בגודל של 1000 גרם סגסוגת.

פתרון מוצק מחזק

פתרונות מוצקים מורכבים המיוצרים על ידי RS מכילים ריכוז גבוה של אטומים solute ב lattice המפתור.אטומים אלה אינטראקציה עם disconlocations דרך שדות מתח גמישים, העלאת הלחץ הנדרש לפירוק תנועה.החיזוק ב ⁇ FLT:0sFLT:1 הוא פרופורציה של שורש של sol, אשר יכול להיות ריכוז גבוה יותר מאשר ⁇ , במיוחד סגסוגת אלומיניום.

חיזוק האורואן ועוקף

כאשר ⁇ RS הם בגילאים, טרמפטים משובחים לעתים קרובות נוצרים מן הממטריקס העל-המורכבים. ⁇ אלה הם לעתים קרובות metastable וננוscale (ראה:0303) 303FLT:1Sc precipitates של 5-10 nm יכול להגדיל את הכוח על ידי מעל 300 MPa.

חיזוק

(הדגשה מהירה) מציגה צפיפות גבוהה של פירוקים מקוטבים, לעתים קרובות על סדר 10uaFLT:01403FLT:1–1003FLT:21603FLT 3 מ"מרש" 3:4 -2033 משקעים:2FLT:5 מחסומים אלה משמשים מכשולים לפירוק ניידות, הגדלת מתח זרימת הדם, במהלך פירוק, דגנים גבוהים וגורמים למשקעים מהירים של משקעים מהירים.

חיזוק (Amorphous / Nanocrystalline)

בסגסוגת שמרכיבים מבנה כפול-phase amorphous + nanocrystalline, הכוח יכול לעלות על זה של כל שלב לבד. nanocrystals לפעול כמו מכשולים קשים במטריקס amorphous, ואת השלב amorphous מספק כוח גבוה בעוד גבישים מנקה.

השפעה קוונטית על כוח יתר

השיפורים של כוח התשואות שהושגו באמצעות RS הם בולטים.כדי לכמת, אנו יכולים לבחון כמה מערכות ⁇ נציגות.

  • (FLT:0) Aluminum Alloys:FLT:1 Conventional A356 (אל-7Si-0.3Mg) ⁇ ליהוק יש כוח של כ-150-200 MPa. מוצקה במהירות A356 (למשל, באמצעות גז אטום ו-HIP) יכול להציג תשואות של 350-450 MPa בשל גרגר ולהגדיל את Mg ברזולוציה של MPa-R.
  • (FLT:0)Titanium Alloys:FLT:1 Ti-6Al-4V המיוצר על ידי זיוף קונבנציונלי יש כוח תשואות של -900 MPa. מוצקה במהירות Ti-6Al-4V, או כאבקה או על ידי ייצוב לייזר מהיר, יכול להשיג 1,200-1,400 MPa תוך שמירה על דמיונות.
  • (FLT:0) Nickel-based Superalloys: ⁇ 1:1 , Inconel 718 המאורגן על ידי מתכת גסורגיה יש כוח תשואות של 1,100 MPa בטמפרטורת החדר. אותו ⁇ מעובד באמצעות RS (למשל, באמצעות דלקת קרום של גורגון ו HIP) מראה מבנה מעודן (100 nm-1μm) ומבנה הומוגני יותר מ 400 של סגסוגת טרום תאוגן, 000 של 1,400 ⁇ , 000 של ⁇ .
  • (ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דוגמאות אלה מראות כי RS יכול להכפיל את כוח התפוקה על ידי גורמים של 1.5-3 על עיבוד קונבנציונלי, בהתאם למערכת ⁇ ואופטימיזציה של עיבוד לאחר.

מאפיינים וניתוח של RS Microstructures

כדי לנצל באופן מלא את RS לשיפור כוח התשואות, אופי זהה חיוני.טכניקות Common כוללות X-ray diffraction (XRD) עבור זיהוי שלב והיקף דגנים באמצעות הרחבה (שיטה של סכרר) אספקת אלקטרון אלקטרונים (TEM) מספקת תמונות ישירות של גבולות דגנים, פירוק, ו precipitates ב סורק מיקרוסקופי אחר (DRiciallor) הוא מזהה את רמות אלקטרו-S) כדי לזהות סגסוגת אחורית (Drephreicretramprephrephrection) ו-Crephicreicrections) ו-Crephate) טמפרטורות crephate (Drephate)

יישומים של High-Strength Alloys

חוזקות התשואות הגבוהות שהושגו על ידי RS אפשרו רכיבים קלים, עמידים יותר ויעילים יותר. אזורי יישום מפתח כוללים:

חללי תעופה

מבנים אוויריים דורשים יחס גבוה במשקל עד משקל. RS-מעבד סגסוגת אלומיניום (למשל, אל-Cu-Li, Al-Sc) משמשים בעורפי גלימה וספארים כנף. RS titanium ⁇ s מועסקים ב להבים טורבינות ורכיבי ציוד נחיתה. לדוגמה, הבואינג 787 משתמש RS-Cu-Li ⁇ s למשקל משופר.

רכב

יצרני רכב משתמשים ב- RS מגנזיום וסגסוגת אלומיניום עבור בלוקים של מנוע, מקרים שידור ורכיבי השעיה. Magnesium ⁇ s מעובדים באמצעות RS יכול להיות כוח מניב מעל 400 MPa, בעוד ליצי מגנזיום קונבנציונליים רק לעתים רחוקות יותר מ 200 MPa.זה מאפשר עיצובים קלים יותר שמשפרים יעילות דלק ולהפחית את פליטות.

שתלים רפואיים

Cobalt-chromium ו titanium ⁇ s מעובד על ידי RS (בדרך כלל באמצעות אבקה וייצור תוספת) לספק כוח גבוה, ללבוש התנגדות, ו ביו-compatibility עבור שתלים אורתופדיים כגון hip plants ו מגשי הברך.המיקרו-דור הדק גם משפר את החיים עייפות, גורם קריטי לביצועי השתלה לטווח ארוך.

אנרגיה והגנה

RS Superalloys משמשים בחלקים חמים טורבינות גז ו כור גרעיני. ⁇ גבוהה-entropy (HEAs) מעובד באמצעות RS show Promise for שריון ויישומים מבניים בטמפרטורה גבוהה. בולק מתכתי נחקרו עבור הילוכים מדויקים ואביבים במערכות הגנה בשל חוזק גבוה ואחסון אנרגיה גמיש.

כיוונים עתידיים ואתגרים

תחום ההתארגנות המהירה ממשיך להתפתח.כמה מגמות מתפתחות מבטיחות לשפר עוד יותר את כוח התשואות ולהרחיב את הכדאיות.

ייצור תוספתי (AM) עם RS אבקות

אבקת היתוך המיטה ופירוק אנרגיה מכוונת מסתמכים על ההחזקה המהירה של חלקיקי אבקה בגודל מיקרון.ההמס המקומי וחיזוק מהיר ב AM מייצרים מיקרו-מבנה דק כי לעתים קרובות מעל התכונות של חומרים נגרים.ב ניטור השבה ושליטה משוב של שערי קירור יכול לאפשר חיידק של גודל דגנים ומבנה שלב כדי למקסם את התפוקה באזורים ספציפיים של רכיב.

High-Entropy Alloys (HEAs) ו-Comy Complex Alloys

HEAs, כגון CoCrFeNiMn, ניתן לעבד באמצעות RS כדי לייצר פתרונות מוצקים על-חושיים עם דגנים יפים.שילוב של אלמנטים מרכזיים מרובים ו- RS מאפשר מיקרו-בניה עם עוצמות מניבות מעל 1000 MPa תוך שמירה על דיקטיון.מרחב הרכב העצום מציע הזדמנויות רבות עבור אופטימיזציה.

משקפי מתכת (BMGs) ו- Metallic Glass Composites

בעוד BMGs יש כוח יוצא דופן, טבעם המתפתל בטמפרטורת החדר מגביל יישומים.מחקר מתמקד ביצירת BMG מורכב עם nanocrystalline או שלב dendrite שמשפר קשיחות ללא הקרבת כוח התשואות.New Glass-forming יצירות עם שיעורי קירור קריטיים נמוכים יותר מאפשרים חלקים גדולים להיות לוהקים כמו amorphous לחלוטין.

מודלים ולמידה של מכונות

שלב-שדה מודלים וסימולציות אלמנט סופי משמשים לחיזוי גודל דגנים, בידוד, ולחצים שאריות במהלך דגמי RS. Machine למידה מאומן על מסדי נתונים של ניסויים RS יכול לזהות סגסוגת ופרמטרי עיבוד הממקסמים את כוח התשואות. גישה זו מאיצה את הגילוי של ⁇ RS-Strength חדשה.

עיבוד היברידי

שילוב RS עם טיפולים תרמומכאניים (למשל, angular לחיצה שווה או גבוהה לחץ דם) יכול עוד לחדד את המיקרו-מבנה.לדוגמה, אבקת RS המאחדת על ידי עיוות פלסטיק חמור יכול להשיג נקודות התשואות של 1.5-2.0 GPa בסגסוגת אלומיניום.

מסקנה

טכניקות מוצקה מהירות שינו באופן יסודי את הנוף של עיצוב ⁇ על ידי מתן מיקרו מבנים שאינם ניתנים להשגה באמצעות הליהוק קונבנציונלי.כוח התשואות של ⁇ מתכת גדל באופן דרמטי על ידי refining גודל דגנים, הרחבת solubility מוצק, יצירת סגסוגת אור-נוקריסטלציה מהירה, כמו חומרים חישוביים חזקים יותר, והשגת חומרים מתקדמים יותר, כמו שיפורי אנרגיה גבוהה, כמו פיתוח, כמו גם באיכות גבוהה יותר, כמו שיפור אנרגיה, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור יעיל יותר, כמו פיתוח יעיל יותר, כמו גם ייצור יעיל יותר, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפורי כוח, כמו גם באיכות גבוהה יותר, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור משמעותי, כמו שיפור אנרגיה גבוהה יותר, כמו שיפור משמעותי, ייצור.