1. Dizajn zloženia zliatiny
Matricové posilňovacie prvky
Prvky ako naprchróm (Cr), molybdén (Mo), volfrám (W)arénium (Re)sa rozpustí v niklovej (Ni) matrici za vzniku substitučného tuhého roztoku. Tieto prvky majú väčšie polomery atómov ako Ni, čo spôsobuje vážne skreslenie mriežky v matrici. Toto skreslenie zvyšuje odolnosť voči dislokačnému pohybu a atómovej difúzii-dvoch základných mechanizmov creepovej deformácie. Mo a W môžu napríklad výrazne zlepšiť-pevnosť matrice pri vysokých teplotách vďaka ich vysokým bodom topenia a silným účinkom spevnenia tuhého-roztoku; Re môže znížiť rýchlosť difúzie atómov v matrici, čím sa oneskorí proces tečenia.
Prvky na posilnenie zrážok
Prvky ako naprhliník (Al)atitán (Ti)sú najdôležitejšími precipitačnými spevňujúcimi prvkami v zliatinách-niklu. Reagujú s Ni za vzniku koherentnej usporiadanej intermetalickej fázy(Ni₃(Al,Ti)), čo je primárna fáza spevnenia pre odolnosť proti tečeniu. Objemový podiel, veľkosť a stabilita fázy priamo určujú tečenie zliatiny:
Veľký objemový podiel (30 % – 70 % v superzliatinách na báze niklu{2}}) fázy ' môže účinne blokovať pohyb dislokácií v matrici.
Jemné a rovnomerne rozložené častice majú silnejšiu schopnosť dislokácie ako hrubé alebo nerovnomerne rozložené častice.
Fáza ' s dobrou stabilitou pri vysokých{0}}teplotách (napr. pridaním tantalu (Ta) a nióbu (Nb) za vzniku Ni3(Al,Ti,Ta,Nb)) nie je náchylná na starnutie alebo rozpúšťanie pri vysokých teplotách, čím sa zaisťuje dlhodobá-odolnosť voči tečeniu.
Kontrola stopových nečistôt
Škodlivé nečistoty ako naprsíra (S), fosfor (P)aolovo (Pb)môže segregovať na hraniciach zŕn, čím sa znižuje pevnosť spojenia hraníc zŕn a urýchľuje sa medzikryštalický creepový lom. Preto je nevyhnutná prísna kontrola obsahu nečistôt (zvyčajne pod 0,01 %), aby sa zabezpečili vynikajúce vlastnosti pri tečení.
2. Charakteristika mikroštruktúry
Optimalizácia štruktúry hraníc zŕn
Creepová deformácia pri vysokých teplotách je často sprevádzaná kĺzaním hraníc zŕn, čo je jedna z hlavných príčin porúch pri tečení. Optimalizácia štruktúry hraníc zŕn môže účinne inhibovať toto správanie:
Posilnenie hraníc zŕn: Pridávanie stopových prvkov ako naprbór (B)azirkónium (Zr)môže segregovať na hraniciach zŕn, čistiť hranice zŕn a zlepšovať pevnosť väzby na hraniciach zŕn, čím sa znižuje kĺzanie hraníc zŕn.
Nepretržité zrážanie karbidov na hraniciach zŕn: Prvky ako napruhlík (C)reagujú s Cr, Mo a W za vznikuM₂₃C₆aleboMCkarbidy, ktoré sa kontinuálne zrážajú pozdĺž hraníc zŕn a vytvárajú „kostru hraníc zŕn“ a blokujú pohyb hraníc zŕn.
Jednokryštálová alebo smerovo stuhnutá štruktúra: V prípade vysokovýkonných{0}}superzliatin na báze niklu{1}} používaných v lopatkách turbín, jednokryštálové alebo smerovo tuhnúce procesy eliminujú priečne hranice zŕn, čím zásadne zabraňujú medzikryštalickému lomu pri tečení a výrazne zlepšujú životnosť pri tečení.
Posilnenie fázovej morfológie a distribúcie
Morfológia a distribúcia fázy ' sú rozhodujúce pre odolnosť proti tečeniu. V dobre -navrhnutých zliatinách na báze niklu- je zvyčajne fáza 'guľový alebo kvádrovýa rovnomerne rozložené v matrici. Táto morfológia môže maximalizovať efekt prichytenia na dislokácie; ak sa fáza stane ihličkovitou-alebo nepravidelnou v dôsledku nesprávneho tepelného spracovania, jej posilňujúci účinok sa výrazne zníži. Okrem toho vznik a/ ' eutektická štruktúrav niektorých superzliatinách môže ďalej zvyšovať odolnosť proti tečeniu tým, že bráni šíreniu dislokácií.
Maticová kontrola zrnitosti
Vplyv zrnitosti matrice na vlastnosti tečenia nasledujeHall{0}}Petchov vzťahale závisí od teploty a stresu:
Pri nízkych teplotách a vysokom namáhaní: Jemné zrná môžu zlepšiť odolnosť proti tečeniu, pretože hranice zŕn blokujú dislokačný pohyb.
Pri vysokých teplotách a nízkom namáhaní: Hrubé zrná sú výhodnejšie, pretože zmenšujú celkovú oblasť hraníc zŕn a inhibujú posúvanie hraníc zŕn, čo je za týchto podmienok dominantný mechanizmus tečenia.
3. Technológia spracovania
Proces tepelného spracovania
Rozumný systém tepelného spracovania (roztok + ošetrenie starnutím) je kľúčom k získaniu optimálnej morfológie a distribúcie fáz:
Liečba roztokom: Zahriatie zliatiny na teplotu nad „teplotou rozpúšťania fázy a jej udržiavanie po určitú dobu môže rozpustiť hrubú fázu v matrici a potom rýchlym ochladením môže získať presýtený tuhý roztok.
Liečba starnutia: Držanie zliatiny pri určitej teplote (zvyčajne 700–1000 stupňov) po určitú dobu môže vyvolať jemné a rovnomerné fázy, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu pri spevňovaní. Viacf
Proces odlievania a kovania
Proces kovania: Kovanie za tepla môže zlomiť hrubé-liate zrná, zjemniť mikroštruktúru a odstrániť chyby odlievania, ako je pórovitosť a segregácia, čím sa zlepší jednotnosť vlastností tečenia.
Presné odlievanie: Technológie smerového tuhnutia a odlievania jednotlivých{0}}kryštálov dokážu riadiť smer rastu zŕn, eliminovať priečne hranice zŕn a sú široko používané pri príprave vysokoteplotných komponentov s extrémnymi požiadavkami na odolnosť proti tečeniu.
Technológia povrchovej úpravy
Povrchové úpravy ako naprhliníkovanieachromovaniemôže na povrchu zliatiny vytvoriť hustý oxidový film, ktorý nielen zlepšuje odolnosť proti oxidácii pri vysokých{0}}teplotách, ale tiež zabraňuje poškodeniu povrchu spôsobenému korozívnymi médiami, čím sa nepriamo zachováva odolnosť zliatiny voči tečeniu.
4. Podmienky prevádzkového prostredia
Teplota
Teplota je najkritickejším environmentálnym faktorom ovplyvňujúcim dotvarovanie. So zvyšujúcou sa teplotou sa rýchlosť atómovej difúzie v zliatine exponenciálne zvyšuje, odpor pohybu dislokácie klesá a je pravdepodobnejšie, že dôjde k posunu hraníc zŕn. Keď teplota prekročí 0,5-násobok absolútneho bodu topenia zliatiny, rýchlosť deformácie pri tečení sa prudko zvýši a životnosť pri tečení sa výrazne skráti.
Úroveň stresu
Rýchlosť dotvarovania pozitívne koreluje s aplikovaným napätím. V podmienkach vysokého napätia je dislokačný pohyb v zliatine dominantný sklzom a rýchlosť deformácie pri tečení je rýchla; v podmienkach nízkeho napätia sa kĺzanie po hraniciach zŕn a atómová difúzia stávajú hlavnými mechanizmami tečenia a rýchlosť deformácie je relatívne pomalá, ale stále povedie k prasknutiu počas dlhého časového obdobia.
Korozívna atmosféra
V prevádzkových prostrediach obsahujúcich korozívne médiá (napr. vysokoteplotná oxidačná atmosféra, plyn obsahujúci síru-, soľná hmla) bude povrch zliatiny korodovaný, pričom sa vytvoria jamky alebo mikro-trhliny. Tieto defekty sa stanú bodmi koncentrácie napätia, čím sa urýchli iniciácia a šírenie trhlín pri tečení a zníži sa životnosť pri tečení.
