Znižuje sa rázová húževnatosť zliatin na báze niklu-výrazne pri nízkych teplotách?

1. Zliatiny na báze-niklu so stabilnou rázovou húževnatosťou pri nízkych teplotách

Stabilná austenitická matricová štruktúra: Tieto zliatiny sú navrhnuté s austenitickou matricou s plnou{0}}centrovanou kubickou (FCC) matricou, ktorá nemá žiadnu tvárnu-teplotu krehkého prechodu (DBTT) v širokom rozsahu teplôt. Na rozdiel od kubických kovov -centrovaných na telo (BCC) (napr. uhlíkovej ocele), FCC štruktúra umožňuje aktiváciu viacnásobných dislokačných sklzových systémov aj pri extrémne nízkych teplotách, efektívne absorbuje energiu nárazu a zabraňuje krehkému lomu.

Nízky obsah krehkých fáz a nečistôt: Chemické zloženie týchto zliatin je optimalizované tak, aby sa minimalizoval obsah krehkých precipitátov (napr. hrubé karbidy, intermetalické zlúčeniny) a škodlivých nečistôt (napr. síra, fosfor). Napríklad Hastelloy C276 prísne kontroluje obsah uhlíka pod 0,01 %, aby sa zabránilo vytváraniu súvislých karbidových filmov na hraniciach zŕn, ktoré by mohli spôsobiť krehnutie.

Jednotná mikroštruktúra: Primerané tepelné spracovanie (napr. rozpúšťacie žíhanie) zabezpečuje homogénnu veľkosť zrna a eliminuje vnútorné pnutie. Jemné a rovnomerné zrná môžu brániť šíreniu mikrotrhlín počas nárazového zaťaženia, čím sa ďalej zachováva vysoká rázová húževnatosť pri nízkych teplotách.

2. Zliatiny na báze niklu-s očividným poklesom húževnatosti pri nízkych-teplotách

Precipitácia zosilňujúcej fázy: Tieto zliatiny sa spoliehajú na veľký počet fáz jemného spevňovania (napr. „fáza“, „fáza“) na dosiahnutie vysokej-teplotnej pevnosti. Pri nízkych teplotách sa interakcia medzi dislokáciami a týmito tuhými spevňovacími fázami zvyšuje, čím sa znižuje pohyblivosť dislokácií v matrici. To vedie k zníženiu schopnosti zliatiny absorbovať energiu nárazu, čo má za následok nižšiu rázovú húževnatosť v porovnaní s izbovou teplotou.

Riziko krehnutia hraníc zŕn: Ak je proces tepelného spracovania nesprávny (napr. nadmerné{2}}starnutie), na hraniciach zŕn sa môžu vyzrážať hrubé karbidy (napr. M₂₃C₆). Pri nízkych teplotách sa tieto karbidy stávajú bodmi koncentrácie napätia, ktoré môžu urýchliť iniciáciu a šírenie medzikryštalických trhlín počas nárazu, čo ďalej zhoršuje pokles húževnatosti.

Efekt práce za studena: Za studena-spracované precipitáciou-vytvrdené zliatiny majú vyššiu hustotu dislokácií. Pri nízkych teplotách sa nahromadené dislokácie ťažko pohybujú, čo vedie k zreteľnejšiemu poklesu rázovej húževnatosti v porovnaní s žíhaným stavom.

Napríklad Charpyho nárazová energia zliatiny Inconel 718 pri izbovej teplote je približne 80 – 100 J, zatiaľ čo pri -196 stupňoch klesá na 40 – 60 J, čo predstavuje zníženie približne o 50 %. Avšak táto úroveň húževnatosti je stále dostatočná pre väčšinu nízkoteplotných konštrukčných aplikácií.

3. Kľúčové faktory ovplyvňujúce sklon k húževnatosti pri nízkych-teplotách

Obsah niklu: Vyšší obsah niklu pomáha stabilizovať austenitickú matricu, čím sa zvyšuje rázová húževnatosť zliatiny- pri nízkych teplotách.

Legujúce prvky: Prvky ako mangán, dusík môžu zušľachťovať zrná a zlepšiť-odolnosť pri nízkych teplotách; nadmerné množstvo uhlíka, kremíka, fosforu podporí tvorbu krehkých fáz a zníži húževnatosť.

Tepelné spracovanie: Roztokové žíhanie môže rozpustiť krehké fázy a zlepšiť húževnatosť; primerané starnutie môže zabrániť zosilneniu fázového zhrubnutia; nadmerné{0}}starnutie povedie k zníženiu pevnosti.

Zhrnutie

Záverom možno povedať, že rázová húževnatosť zliatin na báze niklu-nevykazuje univerzálny, významný pokles pri nízkych teplotách. Zliatiny medi-odolné proti korózii-a zliatiny na báze -niklu{5}} s vysokou čistotou si zachovávajú stabilnú húževnatosť aj pri kryogénnych teplotách.