⁇ גבוהה-entropy (HEAs) מייצג שינוי פרדיגמטי במדעי החומרים, המורכב מחמישה או יותר אלמנטים מרכזיים ביחסים קרוב-equimolar, ולא מרכיב דומיננטי אחד.היציאה רדיקלית זו מעיצוב ⁇ קונבנציונלית פותחת מאפיינים ייחודיים מיקרו-תרבותיים ונכסים. Tool Steels, את חומרי העבודה של ייצור, הם אופטימיזציה באופן מסורתי לקשה, ללחישות, קשיחות, כמו דרישות תעשייתיות, למהירויות גבוהות יותר של כלי פלדה, למהירויות עמידות, לטמפרטורות עמידות, לטמפרטורות עמידות, לטמפרטורות עמידות נמוכה יותר.

תכונות מכניות משופרות

היתרון המיידי ביותר של יישום המושגים של HEA עבור פלדה כלי הוא השיפור הדרמטי בביצוע מכני.המופע של כלי פלדה מבוסס HEA:0 (FLT:0) קשיחות יוצאת דופן FLT:1 כי לעתים קרובות עולה על זה של פלדה מהירה גבוהה קונבנציונלית וכלי רכב קר פלדה. לדוגמה, החוקרים פיתחו כלי HEA עם ערכים קשים מעל 70 HRC תוך שמירה על מספיק קשה כדי למנוע שילוב זה קשה.

(FevolvethigthFLT) של פלדה כלי HEA נובע ממספר מנגנונים.העיוות ה- lattice החמור שנגרם על ידי מינים אטומיים מרובים יוצר מתח חיכוך עצל, תנועת פירוק משאבים גבוהה והגדלת כוח התשואות.בנוסף, המטריקס המורכב מ- HEA לעתים קרובות מהווה פתרון מוצק חד-פעמי עם מעוקב (F) או מעוקב אחר מבנה מעוקב (BCC) אשר יכול לחזק את המשקעים קשים יותר, למעט התחממות גבוהה יותר, למעט התחממות גבוהה של התחממות גבוהה.

(FLT:0)ToughnessFLT:1 אינו מוקרב ב-HeA כלי פלדה.המדיקות הטבועה של מטריצה FCC, בשילוב עם היכולת להתאים גודל דגנים ותפוצה טרום-בית, מאפשר ספיגה משמעותית אנרגיה לפני שבר. בהשוואה לפלדות כלי קונבנציונליות שעשויות להיות מתפתלות ברמות קשות, הוא יכול להראות איזון של שבר קשיחות ומניעה של כלי חית דפוס, כמו צנרת, כמו צנרת, כמו צנרת, כמו צנרת, כמו צנרת, כמו גם נפיחות, כמו צנרת, הדבקה, כמו הדבקה, צנרת, כמו הדבקה, צנרת, כמו הדבקה, צנרת, כמו הדבקה של מתכתב.

שיפור הלבוש וההתנגדות קורוזיה

פלדה כלי לפעול בסביבות קשות שבו ללבוש, חמצון, וקורוזון להפחית באופן משמעותי את חיי השירות.ה-הרכב הכלי מבולבל להוכיח FLT:0 Superior ללבוש התנגדות FLT:1 תחת תנאי abrasive ו adhesive ללבוש adhesive.הוא מת 800-alement הרחב יותר היווצרות של תחמוצת מגן כי הם טמפרטורות גבוהות, לדוגמה, chromis מהירות, כמו גם סיליקון-C מוקדם יותר, תוספת של פלדה גבוהה יותר, 000.

(FLT:0Corrosion ResistanceFLT:1) הוא יתרון בולט נוסף פלדה כלי מסורתי, במיוחד ציונים עשירים פחמן, רגישים לבורח ו crevice corrosion בסביבות כלוריד המכילה כלי פלדה, על ידי שילוב אלמנטים כמו chromitime, molybdenum, ו tungtens בריכוזים גבוהים ללא יצירת קושחה, כלי מרפא יכול להיות דומה לתחזוקה כימית או טיפול אגרסיבי של כלי מתכתבת כלי מתכתבת.

המנגנון הבסיסי הוא הנוכחות המשולבת של אלמנטים מייצבים את הסרט הפסיבי יותר מאשר בסגסוגת קונבנציונלית.(אפקט קוקטייל כביכול) (האפקט הקוקטיילי) (הנוכחות המשולבת של אלמנטים עובריים מייצב את הסרט הפאסיבי יותר מאשר בסגסוגת קונבנציונלית. יתר על כן, היעדרם של רשתות קרבן גדולות, corrosion-susceptable carbide - בתוך כלי פלדה - לא יכול להיות שילוב רחב של כלי הפיכה, כמו גם חומרים הפיכה, כמו גם ציפויים רחב של פלדה, כמו גם חומרים נוגדי פלדה, כמו גם תכונות נוגדות גבוהה.

נכסים מתאימים

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של המושגים HEA הוא היכולת ל-FLT:0 (החומרים) לתכונות של יישומים ספציפיים FLT:1 על ידי התאמת יחסים אלמנטריים.בניגוד לפלדות כלי קונבנציונלי, שבו המטריקס נשלט על ידי ברזל עם תוספות קטנות של אלמנטים סגסוגת, עמידה פלדה כלי HEA מאפשרת גמישות רבה יותר.זה מאפשר ממתכת לנס, ללא איזון של יציבות תרמית, ודרישות קשות, עמידה של עמידות, עמידה של עמידות נמוכה, עמידה על ידי עמידות גבוהה יותר.

(ב) ניתן לנסח את הבקשות להורדת ה-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

התאמה זו משתרעת על עיצוב מיקרו-מבנה.על ידי שליטה בלוח הזמנים של טיפול חום (פתרון, ריצוף, מזג), את השברירי שלב ואת מורפיולוגיה precipitate ניתן לתמרן.לדוגמה, פלדה כלי כפול-phase HEA המשלבת מדמריצה של FCC עם precipitate BCC קשה יכול להשיג הן עמידות גבוהה.

מיקרו-מבנה של מכניזם נהיגה

הבנתם של ביצועי פלדה כלי ההה הוא חיוני להערכת היתרונות שלהם.ארבע מנגנוני הליבה לתרום:

כמה סליחות

כאשר אלמנטים רבים של גדלים אטומיים שונים תופסים את אותם אתרי אטיצ'ה, המבנה הקריסטל הופך מעוות מאוד.עיוות זה מגביר את האנרגיה הנדרשת עבור תנועה של פירוק, המוביל ל-FLT:0solid-stop ReductionFLT:1 ברמה שאינה ניתנת להשגה בסגסוגת dilute קונבנציונלי.אפקט בולט במיוחד ב- BCC-based HE, כמו, שבו עיוות יכול להכפיל את הכוח בהשוואה לכלי פלדה המסורתית.

אפקט קוקטייל

המונח מתייחס לאינטראקציות הסינרגיסטיות בין אלמנטים המייצרים תכונות לא רק תוספת מן המרכיבים.לדוגמה, שילוב של אלומיניום ו כרום בפלדת כלי HEA יכול להניב שכבת תחמוצת שהוא יותר מגן ועמיד יותר מאשר אחד מהרכיב לבדו.אפקט קוקטייל זה שולט בהתנגדות קורוזיה, יציבות תרמית, ואפילו תכונות מגנטיות.

איטי Diffusion Kinetics

בדרך כלל הוא מציג שיעורי דיפוזיה אטומיים איטיים בשל הנוף המורכב של אנרגיה שנוצר על ידי שכנים אלמנטריים מרובים. איטי יותר עיכובים פיזור precipitate coarsating, שומר יציבות מיקרו-מבנה בטמפרטורות גבוהות, ומשפר התנגדות רפיח.עבור פלדות כלי בשימוש יישומים עבודה חם, זה אומר כלים לשמור על קשיות שלהם צורה לתקופות ארוכות יותר.

המונחים: ננו-בדורות

טיפול חום של פלדה כלי HEA יכול לייצר אוכלוסיות צפופות של ננומטרי precipitates - carbides, nitrides, או תרכובות intermetallic. אלה פועלים כמכשולים חזקים כדי disconlocations, הגדלת כוח ללא להקריב דוקטרינות.היכולת לשלוט בגודל טרום-תייבשה וחלוקה באמצעות עיבוד תרמי נותן כלי פלדה על פני סגסוגת קונבנציונליים, שבו הביצועים cobide לעתים קרובות גבולות.

השוואה עם פלדה כלי האמנה

כדי להעריך באופן מלא את היתרונות של המושגים HEA, השוואה ישירה עם פלדה כלי סטנדרטית היא הרסנית.השולחן למטה (הנוכח בטקסט) מסכם הבדלים מרכזיים, אבל כאן אנו מפורטים בכל נקודה.

  • (FLT:0)Hardness and Wear Resistance:FLT:1 פלדה מהירה באמנה (למשל, M2, T15) להשיג קשיחות עד 65-68 HRC כלי פלדה יכול להגיע 70+ HRC עם נוקשות דומה או טובה יותר, שיפור משמעותי חיי כלי בסביבה חודרת.
  • (FLT:0Corrosion Resistance:FLT:1 פלדה כלי מסורתי אינם עמידים בפני קורוזיה ללא ציפויים כמו TiN. HEA כלי פלדה יכול להיות בעל כורעת מטבע מטבע מטבע, חיסול בעיות כשל ציפוי.
  • (FLT:0) Thermal Stability:FLT:1, פלדה כלי קונבנציונלי רבים לרכך מעל 500 מעלות צלזיוס כלי פלדה לשמור על קשיחות עד 600-700 מעלות צלזיוס בשל טרמפטים יציבים ודיפוזיה איטית.
  • (FLT:0) קשיחות:0 (Toughness:FLT:1) קיים סחר ידוע בין קשיות לבין קשיחות בפלדות קונבנציונליות.HeA כלי פלדה יכול להשיג שילוב טוב יותר בגלל המיקרו-מבניים הרב-הדגשים שלהם וננומטריים.
  • (FLT:0) Cost and Complexity:FLT:1 פלדה כלי ארכיאל זול יותר לייצר והקימו תהליכי ייצור.HeA כלי פלדה דורשים כיום חומרים גלם יקר יותר (למשל, cobalt, ניקל, טנטלום) ועיבוד מורכב, אך עבודה מתמשכת שואפת להפחית את העלות.

השוואה זו מדגישה כי בעוד HEA כלי פלדה לא יכול להחליף ציונים קונבנציונליים, הם חומר של בחירה עבור יישומים ביצועים קיצוניים שבו פלדות קונבנציונליות נופלות קצר.

תגיות HEA-Enhanced Tool Steels

התכונות המשופרות של פלדה כלי HEA פותחות אפשרויות חדשות על פני תעשיות שונות. אזורי יישום מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) כלי הקשה: 1FLT 1 תרגילים, מילימטרי קצה, ההופכים את ההנעה מהשילוב של קשיחות גבוהה, קשיחות חמה, ולבוש התנגדות.
  • (ב) ⁇ :0 (ב"ג): "התעלים" (ב"ג: ⁇ ) ו"התעלים" (ב) מתים מ"ב) ו"התעלים" (ב) ,"התתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתות" (ה)"ב"ב"ב"ב).
  • (ב) [ה]הזרקת מלדס: [ה]: [ה] לטעון הפלסטיק, קורוזיה ממגנזינג וממלאי מוחות היא בעיה.
  • (FLT:0) כלי עבודה חמים: FLT:1 מת עבור extrusion, התכה חמה, ו הליהוק לפעול בטמפרטורות גבוהות.HeA כלי פלדה לשמור על כוח ומתנגדים לעייפות תרמית טוב יותר מאשר H13 קונבנציונלי או H21 פלדות.
  • (FLT:0Medical and Food Processing:FLT:1lor) כלים הדורשים התנגדות לשחיקה והתנגדות קורוזיה, כגון חיתוך להבים ואלמנטים מתחום החיקה, תועלת מנוסחאות HEA העומדות בסטנדרטים רגולטוריים.

ככל שהתקדמות המחקר, יותר יישומי נישה יופיעו, כולל רכיבים לייצור תוספים וכלים מבניים אווירו-מרחביים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההבטחה שלהם, אימוץ נרחב של מושגי HEA בפיתוח פלדה כלי פנים כמה מכשולים.

ייצור המורכבות

ייצור כלי פלדה דורש שליטה מדויקת על יצירות מרובות-הכלל, הליהוק, ועיבוד תרמומכאי. ingot Metallurgy מובילה לעתים קרובות להפרדה ולהומוגניות.טכניקות חדשניות כמו אבקת מתכת, ייצור תוספת, ועיוות פלסטיק חמור נחקרים כדי להבטיח אחידות מיקרו-מבנה.

שיקולים

הכללה של אלמנטים יקרים כגון cobalt, ניקל, tungsten, ו טנטלום באופן משמעותי מעלה עלויות חומרי גלם. עבור כלי HEA פלדה להתחרות כלכלית עם ציונים קונבנציונליים, או עלות יעילה אלמנטים יש לזהות או את היתרונות הביצועים חייב להצדיק את הפרימיה. חלק מחקרים מתמקדת בשימוש זול יותר אלמנטים כמו אלומיניום, סיליקון, ו manganese כדי להוריד את העלות תוך שמירה על תכונות מפתח.

חוסר מסדי נתונים מבוססים

בניגוד לפלדות כלי קונבנציונליות, שיש להן עשרות שנים של נתונים והנחיות עיצוב, פלדות כלי HEA עדיין בשלב המחקר המוקדם.מהנדסים זקוקים למאגרי מידע אמינים על עייפות, מצמרר, קשיחות שבורה והתנהגות קורוזיה כדי לציין בבטחה חומרים אלה.

אופטימיזציה לטיפול

התגובה של פלדה כלי HEA לטיפול בחום היא לעתים קרובות מורכבת יותר מאשר עבור פלדה קונבנציונלית. היווצרות של שלבים מרובים ו precipitates דורש שליטה זהירה של טמפרטורה ושיעורי קירור. החוקרים מפתחים מפות עיבוד ושימוש תרמודינמיקה חישובית (CALPHAD) כדי לחזות לוחות זמנים טיפול חום אופטימלי.

כיוונים עתידיים למחקר

תחומי מפתח למחקר עתידי כוללים:

  • (ב) ,0) הפחתה של ההרחבה (FLT:1) באמצעות גרדוט HEA Feedstocks ולפתח יצירות רזה HEA.
  • (ב) ,0) שיטות ייצור ניתנות לצמצום 1:1 כגון ליהוק של גל תאומים והגדרת אנרגיה מכוונת.
  • (ב) ,0) מרבי-סולק מדגימה את ה- 1:1 כדי לחזות ביצועים על פני עיבוד, מיקרו-מבנה ותנאי שירות.
  • (ב) ,0) טיפולים על פני השטח (FLT:103) אשר מסננים עם המטריקס כדי להאריך את חיי הכלי.
  • (ב) ,0) ,Recycling and SustainableabilityFLT:1hil, הערכה על מנת להבטיח את הטבות מחזור החיים עולה על עלויות סביבתיות.

כמה קבוצות מחקר וחברות תומכות באופן פעיל במטרות אלה.לדוגמה, מחקר שפורסם ב-FLT:0Acta MaterialsiaFLT:1 הראה פלדה כלי חדש עם קשיחות חמה גבוהה יותר והתנגדות ללבוש (לדוגמה, פרויקט אחר על ידי Sandvik Coromant חוקרת את כלי חיתוך מבוסס HEA (לדוגמה, המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST) הוא פיתוח מסד נתונים מכני כדי להאיץ את תהליכי המעבר של מעבדה אלה).

מסקנה

הגדלת מושגי ⁇ גבוהים לפיתוח פלדה כלי מייצג צעד מהפכני קדימה בהנדסה חומרים.חומרים וכתוצאה מכך מציגים תכונות מכניות משופרות - קשיחות גבוהה יותר, כוח, קשיחות, קשיחות - לצד עם עלייה בלבוש גבוה והתנגדות קורוזיה.הרכבם החותיר המאפשר להתאים אישית לעמוד בדרישות תעשייתיות ספציפיות, החל ממרחב ועד יישומים רפואיים.