Каква е тенденцията на изменение на еластичността на сплавите-базирани на никел в среда с висока-температура?

1. Основна вариационна тенденция: монотонно намаляване с повишаване на температурата

При ниски до средни температури (стайна температура до 600 градуса), повишаването на температурата засилва топлинните вибрации на атомите в никелова-базирана лицево-кубична (FCC) решетка. Засиленото атомно движение отслабва силата на междуатомното свързване, което намалява устойчивостта на сплавта към еластична деформация. В резултат на това модулът на еластичност намалява линейно и умерено с повишаване на температурата. Например модулът на еластичност на сплав Inconel 718 намалява от приблизително 200 GPa при стайна температура до 170 GPa при 600 градуса, намаление от около 15%.

При средни до високи температури (600–1000 градуса), скоростта на намаляване на модула на еластичност леко се ускорява. От една страна, топлинната вибрация на атомите допълнително се засилва, което води до по-голямо изкривяване на решетката. От друга страна, за утаечно{4}}втвърдяващите се-сплави на базата на никел кохерентната връзка между укрепващите фази ( ', '') и матрицата постепенно отслабва и малко количество частици на укрепващата фаза може да претърпят леко загрубяване. Това намалява синергичното съпротивление на деформация между матрицата и укрепващите фази, като по този начин ускорява намаляването на модула на еластичност. Например модулът на еластичност на Waspaloy намалява от 165 GPa при 600 градуса до 140 GPa при 1000 градуса, намаление от около 15% в този температурен диапазон.

2. Разлики във вариационните тенденции между видовете сплави

Сплави на базата на-никел-втвърдяване чрез утаяване (напр. Inconel 718, Waspaloy)

Тези сплави съдържат голям брой "и" укрепващи фази. При температури под температурата на разтваряне на фазата (обикновено 850–950 градуса), укрепващите фази остават стабилни и могат ефективно да инхибират деформацията на решетката, причинена от топлинното движение на атома. Следователно техният модул на еластичност намалява сравнително бавно с температурата. Въпреки това, когато температурата надвиши температурата на разтваряне на укрепващите фази, фазите ' и ' се разтварят бързо в матрицата, което води до рязък спад на модула на еластичност.

Разтвор{0}}втвърдяващи-сплави на базата на никел (напр. Hastelloy C276, Alloy 600)

Тези сплави разчитат на твърди -елементи от разтвор (Cr, Mo, W) за укрепване и нямат стабилни фази на утаяване. Техният модул на еластичност намалява по по-линеен начин с температурата и няма етап на рязък спад. Общата амплитуда на спада е малко по-голяма от тази на сплавите с утаяване-втвърдяване при същия температурен диапазон. Например модулът на еластичност на Hastelloy C276 намалява с приблизително 20% от стайна температура до 1000 градуса, докато намалението на Inconel 718 е около 18% при същите условия.

3. Специални случаи: Влияние на фазовата трансформация върху еластичността

Когато някои сплави се нагреят до определена температура, могат да се утаят метастабилни фази (напр. σ фаза, фаза на Лавес). Тези крехки фази имат различни решетъчни структури от FCC матрицата, което води до локална концентрация на напрежение вътре в сплавта. Това може да причини авременно сплескване или лек отскокна кривата на еластичния модул в съответния температурен диапазон.

Това явление обаче не е универсално. В промишлените сплави на базата на -никел-съдържанието на метастабилни фази е стриктно контролирано чрез проектиране на компоненти и процеси на топлинна обработка, така че тази необичайна вариация обикновено е незначителна в практически приложения.

4. Инженерно значение на вариационната тенденция

При високо{0}}температурни структурни компоненти (напр. турбинни дискове на авио-двигатели, закачалки за промишлени пещи) намаляването на модула на еластичност означава, че твърдостта на сплавта намалява при високи температури. Следователно, по време на проектирането на конструкцията е необходимо да се вземе предвид границата на еластична деформация, за да се избегне прекомерна деформация, водеща до структурна повреда.

За утаечно{0}}втвърдяващите се-сплави на основата на никел е изключително важно да се избягва използването им при температури, надвишаващи температурата на разтваряне на фазата на укрепване, тъй като рязкото спадане на модула на еластичност ще повлияе сериозно на безопасността на експлоатация на компонентите.