האם קשיחות ההשפעה של סגסוגות-על בסיס ניקל יורדת באופן משמעותי בטמפרטורות נמוכות?

האם קשיחות ההשפעה של סגסוגות-על בסיס ניקל יורדת משמעותית בטמפרטורות נמוכותתלוי בעיצוב ההרכב שלהם, במאפייני המיקרו-מבנה ובתהליכי טיפול בחום, במקום להראות מגמת ירידה אחידה. באופן כללי, סגסוגות המבוססות על-ניקל מציגות ביצועי קשיחות-נמוכים בטמפרטורה, שניתן לחלק לשתי הקטגוריות הבאות לניתוח מפורט:

1. סגסוגות על בסיס ניקל- עם קשיחות השפעה יציבה בטמפרטורות נמוכות

רוב הסגסוגות על בסיס ניקל-נחושת (למשל, סדרת Monel) וסגסוגות-עמידות בפני ניקל-(לדוגמה, Hastelloy C276, Inconel 625)לשמור על קשיחות השפעה מעולה ללא השפלה משמעותית אפילו בטמפרטורות קריוגניות(למשל, -196 מעלות , נקודת הרתיחה של חנקן נוזלי, או נמוכה יותר). הסיבות העיקריות הן כדלקמן:

מבנה מטריצה אוסטניטית יציבה: סגסוגות אלו מתוכננות עם מטריצה אוסטניטית-מרוכזת (FCC) מלאה, שאין לה טמפרטורת מעבר-שבירה (DBTT) בטווח טמפרטורות רחב. בניגוד למתכות מעוקבות במרכז הגוף (BCC) (למשל, פלדת פחמן), מבנה ה-FCC מאפשר להפעיל מספר רב של מערכות החלקה של נקע גם בטמפרטורות נמוכות במיוחד, לספוג ביעילות אנרגיית השפעה ומניעת שבר שביר.

תכולה נמוכה של שלבים שבירים וזיהומים: ההרכב הכימי של סגסוגות אלו מותאם כדי למזער את תכולת המשקעים השבירים (למשל, קרבידים גסים, תרכובות בין-מתכתיות) וזיהומים מזיקים (למשל, גופרית, זרחן). לדוגמה, Hastelloy C276 שולט בקפדנות על תכולת פחמן מתחת ל-0.01% כדי למנוע היווצרות של סרטי קרביד רציפים בגבולות התבואה, שעלולים לגרום להתפרקות.

מבנה מיקרו אחיד: טיפול בחום סביר (למשל, חישול תמיסה) מבטיח גודל גרגר הומוגנית ומבטל מתח פנימי. גרגירים עדינים ואחידים יכולים לעכב את התפשטותם של סדקים מיקרו במהלך טעינת ההשפעה, ולשמור על קשיחות השפעה גבוהה בטמפרטורות נמוכות.

נתונים מעשיים מראים שלסגסוגת Monel 400 עדיין יש אנרגיית השפעה חריצה של Charpy V- של מעל 70 J ב--196 מעלות, שהיא רק מעט נמוכה מערך טמפרטורת החדר (בסביבות 85 J). Hastelloy C276 אפילו שומר על אנרגיית השפעה של יותר מ-90 J ב-253 מעלות (טמפרטורת מימן נוזלי), ועומדת במלואה בדרישות של יישומים הנדסיים קריוגניים.

2. סגסוגות מבוססות-ניקל עם ירידה ברורה בקשיחות-טמפרטורת השפעה נמוכה

סגסוגות-על מבוססות-ניקל מוקשות-משקעים מסוימים (למשל, Inconel 718, Waspaloy)מציגים מידה מסוימת של הפחתת קשיחות ההשפעה בטמפרטורות נמוכות, אם כי טווח הירידה בדרך כלל ניתן לשליטה ואינו מגיע לרמה של שבר שביר. הגורמים המשפיעים העיקריים הם:

משקעים בשלב חיזוק: סגסוגות אלו מסתמכות על מספר רב של שלבי חיזוק עדינים (למשל, '' פאזה, ' פאזה) כדי להשיג חוזק- בטמפרטורה גבוהה. בטמפרטורות נמוכות גוברת האינטראקציה בין נקעים לשלבי חיזוק נוקשים אלה, ומפחיתה את ניידות הנקע במטריצה. זה מוביל לירידה ביכולת הסגסוגת לספוג אנרגיית השפעה, וכתוצאה מכך קשיחות השפעה נמוכה יותר בהשוואה לטמפרטורת החדר.

סיכון להתפרקות גבול התבואה: אם תהליך הטיפול בחום אינו תקין (לדוגמה, התיישנות יתר), קרבידים גסים (למשל, M₂₃C₆) עלולים לזרז בגבולות התבואה. בטמפרטורות נמוכות, קרבידים אלו הופכים לנקודות ריכוז מתח, מה שיכול להאיץ את ההתחלה וההתפשטות של סדקים בין-גרנוליים במהלך הפגיעה, מה שמחריף עוד יותר את הירידה בקשיחות.

אפקט עבודה קרה: משקעים קרים-עובדים-מסגסוגות מוקשות בעלות צפיפות נקע גבוהה יותר. בטמפרטורות נמוכות, קשה להזיז את הנקעים המצטברים, מה שמוביל לירידה ברורה יותר בקשיחות ההשפעה בהשוואה למצב החישול.

לדוגמה, אנרגיית ההשפעה של Charpy של סגסוגת Inconel 718 בטמפרטורת החדר היא בערך 80-100 J, בעוד שהיא יורדת ל-40-60 J ב--196 מעלות, ירידה של כ-50%. עם זאת, רמת קשיחות זו עדיין מספיקה עבור רוב היישומים המבניים בטמפרטורה נמוכה.

3. גורמים מרכזיים המשפיעים על הנטייה של-השפעת הטמפרטורה הנמוכה לקשיחות

תוכן ניקל: תכולת ניקל גבוהה יותר עוזרת לייצב את המטריצה האוסטניטית, ומשפרת את קשיחות ההשפעה -בטמפרטורה נמוכה של הסגסוגת.

אלמנטים סגסוגת: יסודות כגון מנגן, חנקן יכולים לעדן דגנים ולשפר את הקשיחות-בטמפרטורה נמוכה; עודף פחמן, סיליקון, זרחן יקדם היווצרות של שלבים שבירים ויפחית את הקשיחות.

טיפול בחום: חישול פתרון יכול להמיס שלבים שבירים ולשפר את הקשיחות; הזדקנות סבירה יכולה להימנע מחזקת התגבשות שלב; הזדקנות- יתר תוביל לירידה בקשיחות.

תַקצִיר

לסיכום, קשיחות ההשפעה של סגסוגות על בסיס ניקל- אינה מראה ירידה אוניברסלית ומשמעותית בטמפרטורות נמוכות. סגסוגות נחושת-עמידות בפני קורוזיה- וסגסוגות על בסיס ניקל-בטוהר- גבוהים שומרים על קשיחות יציבה גם בטמפרטורות קריוגניות.