Намалява ли значително ударната якост на сплавите на-основа на никел при ниски температури?

1. Сплави на-основа на никел със стабилна ударна якост при ниски температури

Стабилна аустенитна матрична структура: Тези сплави са проектирани с изцяло лицево-центрирана кубична (FCC) аустенитна матрица, която няма пластична-температура на крехък преход (DBTT) в широк температурен диапазон. За разлика от кубични-центрирани (BCC) метали (напр. въглеродна стомана), FCC структурата позволява множество дислокационни плъзгащи системи да се активират дори при изключително ниски температури, като ефективно абсорбират енергията на удара и предотвратяват крехко счупване.

Ниско съдържание на крехки фази и примеси: Химическият състав на тези сплави е оптимизиран, за да се сведе до минимум съдържанието на крехки утайки (напр. груби карбиди, интерметални съединения) и вредни примеси (напр. сяра, фосфор). Например, Hastelloy C276 стриктно контролира съдържанието на въглерод под 0,01%, за да се избегне образуването на непрекъснати карбидни филми по границите на зърната, което може да причини крехкост.

Еднаква микроструктура: Разумната топлинна обработка (напр. отгряване в разтвор) осигурява хомогенен размер на зърното и елиминира вътрешното напрежение. Фините и еднородни зърна могат да възпрепятстват разпространението на микропукнатини по време на ударно натоварване, като допълнително поддържат висока якост на удар при ниски температури.

2. Сплави на-основа на никел с очевидно намаляване на издръжливостта при ниски-температури

Укрепване фаза на утаяване: Тези сплави разчитат на голям брой фази на фино укрепване (напр. „фаза,“ фаза) за постигане на висока -температурна якост. При ниски температури взаимодействието между дислокациите и тези твърди укрепващи фази се увеличава, намалявайки подвижността на дислокациите в матрицата. Това води до намаляване на способността на сплавта да абсорбира енергията на удара, което води до по-ниска якост на удар в сравнение със стайна температура.

Риск от крехкост на границата на зърното: Ако процесът на топлинна обработка е неправилен (напр. прекомерно-стареене), едрите карбиди (напр. M₂₃C₆) могат да се утаят по границите на зърната. При ниски температури тези карбиди се превръщат в точки на концентрация на напрежението, което може да ускори започването и разпространението на междукристални пукнатини по време на удар, като допълнително влошава намаляването на якостта.

Ефект на студена работа: Студено{0}}обработените утайки-закалени сплави имат по-висока дислокационна плътност. При ниски температури натрупаните дислокации са трудни за преместване, което води до по-очевиден спад в ударната якост в сравнение с отгрятото състояние.

Например енергията на удара на Шарпи на сплав Inconel 718 при стайна температура е около 80–100 J, докато тя намалява до 40–60 J при -196 градуса, намаление от приблизително 50%. Въпреки това, това ниво на якост все още е достатъчно за повечето структурни приложения при ниски температури.

3. Ключови фактори, влияещи върху тенденцията на издръжливост при ниски-температурни удари

Съдържание на никел: По-високото съдържание на никел спомага за стабилизиране на аустенитната матрица, подобрявайки издръжливостта на сплавта при ниски-температурни удари.

Легиращи елементи: Елементи като манган, азот могат да рафинират зърната и да подобрят издръжливостта при ниски-температури; прекомерният въглерод, силиций, фосфор ще насърчат образуването на крехки фази и ще намалят якостта.

Термична обработка: Отгряването на разтвор може да разтвори крехките фази и да подобри якостта; разумното стареене може да избегне укрепване на загрубяването на фазата; над{0}}стареенето ще доведе до влошаване на якостта.

Резюме

В заключение, ударната якост на никел-сплавите не показва универсален значителен спад при ниски температури. Устойчивите на корозия-никелови-медни сплави и сплавите на основата на{-никел-високо{4}}чистота поддържат стабилна издръжливост дори при криогенни температури.