Aký je trend variácie elasticity zliatin na báze niklu-v prostrediach s vysokou-teplotou?
1. Základný trend variácie: Monotónny pokles so stúpajúcou teplotou
Pri nízkych až stredných teplotách (izbová teplota do 600 stupňov) zvýšenie teploty zintenzívni tepelné vibrácie atómov v niklovej-plošne{2}}centrovanej kubickej mriežke (FCC). Zosilnený atómový pohyb oslabuje medziatómovú väzbovú silu, čo znižuje odolnosť zliatiny voči elastickej deformácii. V dôsledku toho modul pružnosti lineárne a mierne klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Napríklad modul pružnosti zliatiny Inconel 718 klesá z približne 200 GPa pri izbovej teplote na 170 GPa pri 600 stupňoch, čo je zníženie približne o 15 %.
Pri stredných až vysokých teplotách (600-1000 stupňov) sa rýchlosť poklesu modulu pružnosti mierne zrýchľuje. Na jednej strane sa tepelné vibrácie atómov ďalej zintenzívňujú, čo vedie k väčšiemu skresleniu mriežky. Na druhej strane, v prípade zliatin na báze niklu-vytvrdzovania- precipitáciou sa súvislý vzťah medzi fázami spevňovania ( ', '') a matricou postupne oslabuje a malé množstvo častíc fázy spevňovania môže mierne zhrubnúť. Tým sa znižuje synergický deformačný odpor medzi matricou a fázami spevňovania, čím sa urýchľuje pokles modulu pružnosti. Napríklad modul pružnosti Waspaloy klesá zo 165 GPa pri 600 stupňoch na 140 GPa pri 1 000 stupňoch, čo je v tomto teplotnom rozsahu zníženie asi o 15 %.
2. Rozdiely v trendoch variácií medzi typmi zliatin
Zliatiny na báze niklu-vytvrdzujúce zrážanie- (napr. Inconel 718, Waspaloy)
Tieto zliatiny obsahujú veľké množstvo ' a '' spevňujúcich fáz. Pri teplotách pod teplotou fázového rozpúšťania (zvyčajne 850–950 stupňov) zostávajú fázy spevňovania stabilné a môžu účinne inhibovať deformáciu mriežky spôsobenú tepelným pohybom atómov. Preto ich modul pružnosti klesá relatívne pomaly s teplotou. Keď však teplota prekročí teplotu rozpúšťania spevňujúcich fáz, fázy „a“ sa rýchlo rozpustia v matrici, čo spôsobí prudký pokles modulu pružnosti.
Riešenie-kalenie zliatin na báze niklu-(napr. Hastelloy C276, Alloy 600)
Tieto zliatiny sa pri spevňovaní spoliehajú na pevné prvky -roztoku (Cr, Mo, W) a nemajú žiadne stabilné precipitačné fázy. Ich modul pružnosti klesá lineárnejším spôsobom s teplotou a nedochádza k prudkému poklesu. Celková amplitúda poklesu je o niečo väčšia ako amplitúda precipitačného-vytvrdzovania zliatin pri rovnakom teplotnom rozsahu. Napríklad modul pružnosti Hastelloy C276 klesá približne o 20 % z izbovej teploty na 1000 stupňov, zatiaľ čo pokles u Inconelu 718 je za rovnakých podmienok približne 18 %.
3. Špeciálne prípady: Vplyv fázovej transformácie na elasticitu
Keď sa niektoré zliatiny zahrejú na určitú teplotu, môžu sa vyzrážať metastabilné fázy (napr. σ fáza, Lavesova fáza). Tieto krehké fázy majú odlišné mriežkové štruktúry ako FCC matrica, čo vedie k lokálnej koncentrácii napätia vo vnútri zliatiny. To môže spôsobiť adočasné sploštenie alebo mierny odskokkrivky modulu pružnosti v príslušnom teplotnom rozsahu.
Tento jav však nie je univerzálny. V zliatinách na báze niklu-kvalitného{2}}priemyselného typu je obsah metastabilných fáz prísne kontrolovaný prostredníctvom návrhu komponentov a procesov tepelného spracovania, takže táto abnormálna odchýlka je v praktických aplikáciách zvyčajne zanedbateľná.
4. Technický význam variačného trendu
V-konštrukčných komponentoch s vysokou teplotou (napr. kotúče aero{3}}motorov, závesy priemyselných pecí) zníženie modulu pružnosti znamená, že tuhosť zliatiny sa pri vysokých teplotách znižuje. Preto je pri návrhu konštrukcie potrebné zvážiť rozpätie elastickej deformácie, aby sa zabránilo nadmernej deformácii vedúcej k poruche konštrukcie.
Pre precipitačné-tvrditeľné niklové-zliatiny je dôležité vyhnúť sa ich použitiu pri teplotách presahujúcich teplotu rozpúšťania fázy spevnenia, pretože prudký pokles modulu pružnosti vážne ovplyvní prevádzkovú bezpečnosť komponentov.
