1. Дизайн на състава на сплавта
Елементи за укрепване на матрицата
Елементи катохром (Cr), молибден (Mo), волфрам (W), ирений (Re)се разтварят в никелова (Ni) матрица, за да образуват заместващ твърд разтвор. Тези елементи имат по-големи атомни радиуси от Ni, причинявайки сериозно изкривяване на решетката в матрицата. Това изкривяване увеличава съпротивлението срещу движение на дислокация и атомна дифузия-два основни механизма на деформация при пълзене. Например, Mo и W могат значително да подобрят висока-температурна якост на матрицата поради техните високи точки на топене и силни-ефекти на укрепване на твърдия разтвор; Re може да намали скоростта на дифузия на атомите в матрицата, като по този начин забавя процеса на деформация при пълзене.
Елементи за укрепване на валежите
Елементи катоалуминий (Al)ититан (Ti)са най-критичните елементи за укрепване на утаяването в сплави на-основа на никел. Те реагират с Ni, за да образуват кохерентна подредена интерметална фаза' (Ni3(Al,Ti)), което е основната фаза на укрепване за устойчивост на пълзене. Обемната част, размерът и стабилността на 'фазата директно определят характеристиките на пълзене на сплавта:
Висока обемна фракция (30%–70% в суперсплави на базата на никел) на фаза може ефективно да блокира движението на дислокации в матрицата.
Фините и равномерно разпределени частици имат по-силна способност за закрепване на дислокации от грубите или неравномерно разпределените.
Фазата с добра високо{0}}температурна стабилност (напр. добавяне на тантал (Ta) и ниобий (Nb) за образуване на Ni3(Al,Ti,Ta,Nb)) не е склонна към стареене или разтваряне при високи температури, осигурявайки дългосрочна-устойчивост на пълзене.
Контрол на следи от примеси
Вредни примеси катосяра (S), фосфор (P), иолово (Pb)може да се сегрегира по границите на зърната, намалявайки якостта на свързване на границите на зърната и ускорявайки разрушаването при пълзене между гранулите. Следователно, стриктният контрол на съдържанието на примеси (обикновено под 0,01%) е от съществено значение за осигуряване на отлични свойства на пълзене.
2. Микроструктурни характеристики
Оптимизиране на зърнограничната структура
Деформацията при пълзене при високи температури често е придружена от плъзгане по границите на зърната, което е една от основните причини за повреда при пълзене. Оптимизирането на структурата на границата на зърното може ефективно да попречи на това поведение:
Укрепване на границата на зърното: Добавяне на микроелементи катобор (B)ицирконий (Zr)може да се сегрегира по границите на зърното, да пречиства границите на зърното и да подобрява здравината на свързване на границата на зърното, като по този начин намалява плъзгането по границата на зърното.
Непрекъснато утаяване на карбид по границата на зърното: Елементи катовъглерод (C)реагират с Cr, Mo и W, за да се образуватM₂₃C₆илиMCкарбиди, които се утаяват непрекъснато по границите на зърното, за да образуват "скелет на границата на зърното" и блокират движението на границата на зърното.
Единичен-кристал или насочено втвърдена структура: За високоефективни -никелови-суперсплави, използвани в турбинни лопатки, моно-кристални или насочено втвърдени процеси елиминират напречните граници на зърната, фундаментално избягвайки междукристално разрушаване при пълзене и значително подобрявайки живота при пълзене.
Укрепване на фазовата морфология и разпространение
Морфологията и разпределението на фазата са от решаващо значение за устойчивостта на пълзене. В добре-проектирани-основани на никел сплави фазата обикновено есферична или кубоидалнаи равномерно разпределени в матрицата. Тази морфология може да увеличи максимално ефекта на закрепване върху дислокациите; ако фазата стане игловидна-или неправилна поради неправилна термична обработка, нейният укрепващ ефект ще бъде значително намален. В допълнение, образуването на a/ ' евтектична структурав някои суперсплави може допълнително да повиши устойчивостта на пълзене чрез възпрепятстване на разпространението на дислокации.
Контрол на размера на зърното на матрицата
Ефектът от размера на зърното на матрицата върху свойствата на пълзене следваВръзка с Хол-Петчно зависи от температурата и напрежението:
При ниски температури и високи напрежения: фините зърна могат да подобрят устойчивостта на пълзене, тъй като границите на зърната блокират движението на дислокациите.
При високи температури и ниски напрежения: Едрите зърна са по-изгодни, защото намаляват общата гранична площ на зърното и възпрепятстват плъзгането по границите на зърното, което е доминиращият механизъм на пълзене при това условие.
3. Технология на обработка
Процес на топлинна обработка
Разумната система за топлинна обработка (третиране с разтвор + обработка със стареене) е ключът към получаване на оптимална морфология и разпределение на фазата:
Лечение с разтвор: Нагряването на сплавта до температура над "температурата на разтваряне на фазата" и задържането й за определено време може да разтвори грубата "фаза в матрицата и след това бързо охлаждане може да получи свръхнаситен твърд разтвор.
Лечение на стареене: Задържането на сплавта при определена температура (обикновено 700–1000 градуса) за определено време може да утаи фини и еднородни фази, които играят ключова роля в укрепването. Много{3}}етапното третиране със стареене може допълнително да оптимизира разпределението на размера на „фазата“ (напр. частици с двоен-размер: грубите частици се противопоставят на срязването на дислокация, фините частици възпрепятстват движението на дислокацията).
Процес на леене и коване
Процес на коване: Горещото коване може да наруши грубите като -отлети зърна, да подобри микроструктурата и да елиминира дефекти при леене като порьозност и сегрегация, като по този начин подобрява еднородността на свойствата на пълзене.
Прецизно леене: Технологиите за насочено втвърдяване и моно-кристално леене могат да контролират посоката на растеж на зърната, да елиминират напречните граници на зърната и се използват широко при подготовката на високо-температурни компоненти с изключителни изисквания за устойчивост на пълзене.
Технология за модифициране на повърхността
Повърхностни обработки като напралуминизиранеихромиранеможе да образува плътен оксиден филм върху повърхността на сплавта, което не само подобрява устойчивостта на високо-температурно окисление, но също така предотвратява повреди на повърхността, причинени от корозивни среди, като по този начин индиректно поддържа устойчивостта на пълзене на сплавта.
4. Условия на сервизната среда
температура
Температурата е най-критичният фактор на околната среда, който влияе върху пълзенето. С повишаването на температурата скоростта на атомна дифузия в сплавта се увеличава експоненциално, съпротивлението на движението на дислокацията намалява и е по-вероятно да се появи плъзгане на границата на зърното. Когато температурата надвиши 0,5 пъти абсолютната точка на топене на сплавта, скоростта на деформация при пълзене ще се увеличи рязко и животът на пълзене ще бъде значително съкратен.
Ниво на стрес
Скоростта на деформация при пълзене е в положителна корелация с приложеното напрежение. При условия на високо напрежение движението на дислокация в сплавта е доминирано от приплъзване и скоростта на деформация при пълзене е бърза; при условия на ниско напрежение, плъзгането на границата на зърното и атомната дифузия стават основните механизми на пълзене и скоростта на деформация е относително бавна, но все пак ще доведе до счупване за дълъг период от време.
Корозивна атмосфера
В работни среди, съдържащи корозивни среди (напр. високо-температурна окислителна атмосфера, -съдържащ сяра газ, солена мъгла), повърхността на сплавта ще бъде корозирала, образувайки ями или микро-пукнатини. Тези дефекти ще се превърнат в точки на концентрация на напрежение, ускорявайки започването и разпространението на пукнатини при пълзене и намалявайки живота при пълзене.
