Защо се контролира съдържанието на въглерод в-суперсплави на базата на никел - Знание

Защо съдържанието на въглерод в суперсплавите на-основа на никел се контролира?

За оптимизиране на утаяването на полезни укрепващи карбиди

Свръхсплавите-базирани на никел разчитат на синергичния ефект на укрепване на твърди-разтвори и укрепване на утаяване, за да поддържат отлична якост при висока-температура, устойчивост на пълзене и устойчивост на умора. Подходящото съдържание на въглерод (обикновено вариращо от 0,02% до 0,20% тегловни за повечето търговски класове) насърчава образуването на фини, равномерно разпределени карбидни фази по време на топлинна обработка на стареене. Основните видове полезни карбиди включват:

MC карбиди: Това са първични карбиди, образувани по време на втвърдяване, обикновено разпределени във вътрешността на зърното. Те са термично стабилни при повишени температури и могат ефективно да закрепват дислокации, предотвратявайки движението на дислокации при висока-температура и условия на висок-напрежение.

M₂3C₆ и M₆C карбиди: Това са вторични карбиди, утаени по границите на зърната и в зърната по време на стареене. M₂₃C₆ карбидите, по-специално, могат да възпрепятстват плъзгането по границите на зърната-доминиращ механизъм на повреда на сплавите при високи температури-чрез „закрепване“ на границите на зърната и рафиниране на зърнената структура.

Недостатъчното съдържание на въглерод ще доведе до липсата на тези ключови укрепващи карбиди. В резултат на това способността на сплавта да издържа на деформация при високи температури е значително намалена, като не успява да отговори на изискванията за ефективност на критичните високо-температурни компоненти.

За премахване на вредните ефекти от прекомерния въглерод

Когато съдържанието на въглерод надвиши оптималния праг, това предизвиква поредица от микроструктурни дефекти, които сериозно влошават цялостните свойства на сплавта:

Огрубяване и агломериране на карбиди: Излишният въглерод насърчава образуването на груби карбиди с неправилна форма (особено големи MC карбиди). Тези груби карбиди действат като места за концентрация на напрежение в матрицата на сплавта. При циклично натоварване или високо-температурно напрежение микропукнатините лесно възникват и се разпространяват около тези карбиди, което води до преждевременно счупване от умора или крехко разрушаване на сплавта.

Непрекъснато образуване на карбиден филм по границите на зърното: Прекомерният въглерод има тенденция да се отделя по границите на зърната, образувайки непрекъснат, крехък карбиден филм. Този филм отслабва силата на свързване между съседните зърна, трансформирайки пластичния трансгрануларен режим на счупване в крехък междузърнест режим на счупване. При високи-температурни експлоатационни среди това прави сплавта силно податлива на междукристално напукване при пълзене и повреда от термична умора, което драстично съкращава експлоатационния живот на компонентите.

Влошаване на заваряемостта и обработваемостта: Високото съдържание на въглерод увеличава риска от утаяване на карбид в зоната, засегната от топлина- (HAZ) по време на заваряване. Това причинява крехкост в HAZ, намалявайки здравината и издръжливостта на заваръчните съединения. Освен това прекомерните карбиди могат да увеличат твърдостта на сплавта, което води до лоша обработваемост и по-високи разходи за обработка.

За да се осигури последователност на характеристиките на сплавта и съвместимост с процесите на термична обработка

Поведението на утаяване на карбидите в-суперсплави на базата на никел е силно чувствително към съдържанието на въглерод и параметрите на топлинна обработка (напр. температура на нагряване, време на задържане и скорост на охлаждане). Прецизният контрол на въглеродното съдържание гарантира, че карбидите се утаяват в идеалния размер, морфология и разпределение по време на стандартните цикли на термична обработка (отгряване в разтвор + много-етапно стареене). Тази последователност е от решаващо значение за-промишленото производство в голям мащаб, тъй като гарантира, че всяка партида продукти от сплав отговаря на определените стандарти за ефективност.

Ако съдържанието на въглерод е неконтролирано (или твърде високо, или твърде ниско), поведението на утаяването на карбида става нестабилно. Някои части може да имат недостатъчни фази на укрепване, докато други могат да страдат от загрубяване на карбида или крехкост на границите на зърното. Това води до-от-вариации в производителността на продуктите от сплави, което е неприемливо за-критични за безопасността приложения като космическата и ядрената енергетика.

За подобряване на устойчивостта на сплавта към високо{0}}температурно окисление и корозия

Въпреки че въглеродът не е основен легиращ елемент за устойчивост на корозия, съдържанието му индиректно влияе върху окислителните и корозионните характеристики на сплавта. Излишният въглерод може да реагира с други легиращи елементи (напр. хром, алуминий, титан) за образуване на карбиди, консумирайки елементите, които са от съществено значение за образуването на защитен оксиден филм (напр. Cr₂O3, Al₂O3) върху повърхността на сплавта. Това води до по-тънък и по-малко стабилен оксиден филм, намаляващ устойчивостта на сплавта към високо-температурно окисляване и гореща корозия в тежки среди (напр. условия на работа на морски газови турбини с високо съдържание на сяра).

В обобщение, стриктният контрол на въглеродното съдържание в-базираните на никел суперсплави е основна предпоставка за балансиране на висока{1}}температурна якост на сплавта, издръжливост, устойчивост на пълзене и устойчивост на корозия, като се гарантира безопасна и надеждна работа на компонентите при екстремни условия на експлоатация.