Existuje významný rozdiel v húževnatosti pri nízkych-teplotách medzi rôznymi druhmi zliatin na báze niklu-?
1. Hlavné faktory spôsobujúce rozdiely v húževnatosti pri nízkych-teplotách
(1) Chemické zloženie
Užitočné prvky: Mangán (Mn) a dusík (N) môžu zjemniť štruktúru zŕn, zlepšiť jednotnosť austenitickej matrice a zvýšiť húževnatosť pri nízkych{0}}teplotách. Malé množstvá titánu (Ti) a hliníka (Al) tvoria jemné intermetalické fázy (napr. fáza: Ni3(Ti,Al)) bez výrazného zhoršenia húževnatosti za predpokladu, že ich obsah je kontrolovaný.
Škodlivé prvky: Nadmerný uhlík (C), kremík (Si) a fosfor (P) sú náchylné na vytváranie krehkých fáz alebo segregáciu na hraniciach zŕn. Napríklad vysoký obsah uhlíka podporuje zrážanie hrubých karbidov (napr. M23C₆) na hraniciach zŕn, ktoré pôsobia ako body koncentrácie napätia a znižujú rázovú húževnatosť pri nízkych-teplotách. Síra (S) tvorí sulfidové inklúzie s nízkou teplotou topenia, čím sa ďalej zhoršuje húževnatosť pri nízkych teplotách.
(2) Charakteristiky mikroštruktúry
Veľkosť zrna
Jemnozrnné zliatiny na báze -niklu-majú lepšiu húževnatosť pri nízkych-teplotách ako hrubozrnné-zliatiny. Jemné zrná zväčšujú oblasť hraníc zŕn, bránia šíreniu mikrotrhlín pri nízkych teplotách a absorbujú viac energie lomu. Veľkosť zrna je regulovaná procesmi tepelného spracovania (napr. teplota rozpúšťacieho žíhania a rýchlosť chladenia) a zjemňovačmi zrna (napr. bór).
Vyzrážané fázy
Zliatiny navrhnuté pre-pevnosť pri vysokej teplote (napr. precipitačné-vytvrdené superzliatiny) často obsahujú veľké množstvo spevňujúcich fáz, ako napríklad „(Ni₃(Ti,Al)) a „(Ni₃Nb). Zatiaľ čo tieto fázy zvyšujú odolnosť proti tečeniu pri vysokých{5}}teplotách, nadmerné zrážanie môže znížiť-pevnosť pri nízkych teplotách zvýšením krehkosti matrice.
Zliatiny na báze -niklu-odolné voči korózii (napr. séria Hastelloy C) majú jednoduchú mikroštruktúru s niekoľkými fázami spevňovania, takže ich húževnatosť pri nízkych-teplotách je relatívne lepšia.
(3) Proces tepelného spracovania
Roztokové žíhanie a kalenie
Správne rozpúšťacie žíhanie (zahriatie na vysokú teplotu a rýchle kalenie) rozpúšťa krehké sekundárne fázy (napr. karbidy, intermetalické zlúčeniny) do austenitickej matrice, čo vedie k jednotnej mikroštruktúre a zlepšenej húževnatosti pri nízkych-teplotách. Nedostatočné rozpúšťacie žíhanie zanechá nerozpustené krehké fázy, zatiaľ čo prehriatie spôsobí zhrubnutie zrna, čo je škodlivé pre húževnatosť.
Liečba starnutia
Precipitáciou-tvrdené zliatiny (napr. Inconel 718) vyžadujú ošetrenie starnutím, aby sa vyzrážali fázy spevňovania. Avšak nadmerné-starnutie vedie k zhrubnutiu fáz, čo znižuje húževnatosť pri nízkych-teplotách; pod-starnutie nedosahuje dostatočnú pevnosť a ovplyvňuje aj stabilitu húževnatosti.
2. Porovnanie húževnatosti pri nízkych-teplotách typických tried zliatin na báze niklu-
3. Praktický význam rozdielov v húževnatosti
Zliatiny svynikajúca húževnatosť-pri nízkych teplotách(Zliatina 200, Hastelloy C276) sú uprednostňované pre kryogénne inžinierstvo (napr. LNG, skladovanie a preprava kvapalného kyslíka/kvapalného dusíka), kde je potrebné zabrániť krehkému lomu.
Zliatiny sstredná húževnatosť pri nízkych-teplotách(Inconel 718) sú vhodné pre konštrukčné komponenty, ktoré vyžadujú vysokú pevnosť a odolnosť voči nízkym-teplotám, ako sú časti leteckých motorov pracujúcich v prostredí s nízkou-teplotou.
Ak zliatina nie je optimalizovaná na použitie pri nízkych-teplotách (napr. niektoré vysoko{3}}uhlíkové{4}}superzliatiny na báze niklu pre ultra-vysoké teploty), jej húževnatosť pri nízkych-teplotách je nízka a pri použití pod izbovou teplotou je náchylná na krehké lomy, preto sa neodporúča na kryogénne aplikácie.
Záverom možno konštatovať, že húževnatosť zliatin na báze niklu- pri nízkych teplotách sa medzi jednotlivými druhmi značne líši a tento rozdiel je kľúčovým kritériom pre výber správnej zliatiny pre špecifické podmienky používania pri nízkych-teplotách alebo kryogénnych podmienkach.
