Как процесът на студена обработка променя якостта на опън и пластичността на сплавите-на основата на никел?

Студената обработка, дефинирана като пластична деформация на сплави на базата на никел-при температури под тяхната температура на рекристализация (обикновено стайна температура до 300 градуса), предизвиква значителни промени в микроструктурата на сплавите, което от своя страна променя тяхната якост на опън и пластичност вкомпромисна-връзка. Конкретните механизми и ефекти са разработени по-долу:

1. Механизми на микроструктурни промени, предизвикани от студена обработка

Студената обработка нарушава първоначалната еднаква и стабилна микроструктура на никелови-сплави чрез пластична деформация, което води до следните ключови промени:

Размножаване и заплитане на дислокации: При външно напрежение се генерират голям брой дислокации вътре в зърната на сплавта. Тези дислокации се движат и взаимодействат помежду си, образувайки заплетени дислокационни клъстери, клетъчни структури или дислокационни стени. Това създава зона на дислокация с висока -плътност, която възпрепятства последващото движение на дислокация.

Изкривяване на зърната и фрагментация: Оригиналните равноосни зърна са удължени, сплескани или дори фрагментирани по посока на деформация, образувайки влакнеста микроструктура. За утаечно{1}}втвърдени-базирани сплави на никел (напр. Inconel 718), студената обработка може също да причини деформация на укрепващите фази (напр. '' фаза) и тяхното подравняване по посока на деформация.

Ефект на закаляване при работа: Натрупването на дислокации и изкривяването на зърната увеличава вътрешната енергия на сплавта, което води до явлението на работно втвърдяване, което е основната причина за промяната в механичните свойства.

2. Ефект върху якостта на опън: Значително подобрение

Студената обработка е ефективен метод за подобряване на якостта на опън на сплави на базата на никел-, включително границата на провлачване и крайната якост на опън, чрез следните пътища:

Укрепване на дислокация: Заплетените дислокации и плътните дислокационни стени действат като пречки за движението на дислокациите. Когато сплавта е подложена на напрежение на опън, е необходима допълнителна сила за преодоляване на тези препятствия, което води до рязко увеличаване на границата на провлачване. Например студеновалцуваната сплав Inconel 625 може да види увеличение на границата на провлачване с 50%–80% в сравнение с отгрято състояние.

Укрепване на рафинирането на зърното (вторичен ефект): Тежката студена обработка може да фрагментира едрите зърна на фини подзърна. Съгласно връзката на Хол-Петч, по-фините зърна означават повече граници на зърната, което може допълнително да възпрепятства движението на дислокациите и да допринесе за подобряване на якостта.

Синергично укрепване с фази на утаяване: За утаечно{0}}втвърдени-сплави на базата на никел, студената обработка насърчава равномерното утаяване на фините укрепващи фази по време на последващото третиране на стареене. Тези фини фази си сътрудничат с дислокациите, за да увеличат допълнително якостта на опън. Например, студено изтеглената сплав Monel K-500 показва по-висока якост на опън след стареене, отколкото сплавта, обработена само чрез стареене.

Степента на подобряване на силата е положително свързана сстепен на намаляване на студената работа(т.е. процентът на намаляване на дебелината или площта на напречното-сечение след деформация). По-високите нива на намаляване водят до по-значително натрупване на дислокации и изкривяване на зърната, което води до по-голямо увеличение на якостта.

3. Ефект върху пластичността: Постепенно намаляване

Докато подобрява якостта, студената обработка неизбежно намалява пластичността на сплавите на базата на никел-, характеризиращи се с намалено удължение и намаляване на площта:

Натрупване на дислокация-предизвикана чупливост: Високата плътност на заплетените дислокации намалява подвижността на дислокациите вътре в зърната. По време на деформация на опън, сплавта не може да претърпи достатъчна пластична деформация чрез движение на дислокация, което води до ранно счупване и намалено удължение.

Започване на микропукнатини: Тежката студена обработка може да причини образуването на микропукнатини на границите между деформираните зърна или между зърната и укрепващите фази. Тези микропукнатини се разпространяват бързо при напрежение на опън, което допълнително влошава пластичността.

Ефект на анизотропия: Влакнестата микроструктура, образувана при студена обработка, прави пластичността на сплавта анизотропна. Пластичността по посока на деформацията е относително по-добра, докато пластичността, перпендикулярна на посоката на деформация, намалява значително.

Струва си да се отбележи, че намаляването на пластичността не е линейно. Когато степента на намаляване на студената обработка е ниска (по-малко от 10%), пластичността леко намалява; когато степента на редукция надвишава 30%, пластичността пада рязко и сплавта има тенденция да бъде крехка.

4. Възстановяване и прекристализация: Обръщане на промените в свойствата

Промените в якостта на опън и пластичността, причинени от студена обработка, саобратимичрез процеси на топлинна обработка като възстановяване и прекристализация:

Възстановяване: Нагряването на студено{0}}обработената сплав до температура под температурата на рекристализация елиминира вътрешното напрежение на сплавта, без да променя влакнестата микроструктура. Този процес леко намалява якостта и възстановява малко пластичност.

Прекристализация: Нагряването до температурата на прекристализация (обикновено 800 градуса –1100 градуса за сплави на основата на никел-) дава възможност за образуване на ядра и растеж на нови равноосни зърна, заменяйки деформираната влакнеста микроструктура. Това напълно елиминира работното втвърдяване, възстановявайки пластичността на сплавта до отгрято състояние, докато якостта на опън намалява съответно.

Резюме

Студената обработка подобрява якостта на опън на сплавите на основата на никел-чрез усилване на дислокациите и усъвършенстване на зърното, като същевременно намалява пластичността поради заплитане на дислокации и микроструктурно изкривяване. Степента на промените в свойствата зависи от степента на намаляване на студената обработка. Освен това, модифицираните свойства могат да се регулират гъвкаво чрез последващо възстановяване или топлинна обработка на прекристализация, за да отговорят на изискванията за механични свойства на различни инженерни приложения.

Якост на опън и пластичност на никелови сплави