Ako mení proces spracovania za studena pevnosť v ťahu a ťažnosť zliatin na báze niklu-?

Spracovanie za studena, definované ako plastická deformácia zliatin na báze niklu- pri teplotách nižších, ako je ich rekryštalizačná teplota (zvyčajne izbová teplota do 300 stupňov ), vyvoláva významné zmeny v mikroštruktúre zliatin, čo následne modifikuje ich pevnosť v ťahu a ťažnosť.obchodný-vzťah. Špecifické mechanizmy a účinky sú uvedené nižšie:

1. Mechanizmy mikroštrukturálnych zmien vyvolaných spracovaním za studena

Opracovanie za studena narušuje pôvodnú rovnomernú a stabilnú mikroštruktúru zliatin na báze niklu- prostredníctvom plastickej deformácie, čo vedie k nasledujúcim kľúčovým zmenám:

Násobenie dislokácie a zamotanie: Pri vonkajšom namáhaní sa vo vnútri zŕn zliatiny vytvára veľké množstvo dislokácií. Tieto dislokácie sa pohybujú a interagujú navzájom, pričom vytvárajú spletité zhluky dislokácií, bunkové štruktúry alebo dislokačné steny. To vytvára zónu dislokácie s vysokou-hustotou, ktorá bráni následnému pohybu dislokácie.

Skreslenie a fragmentácia zrna: Pôvodné rovnoosé zrná sú predĺžené, sploštené alebo dokonca fragmentované v smere deformácie a vytvárajú vláknitú mikroštruktúru. V prípade zliatin na báze precipitačného-kaleného niklu- (napr. Inconel 718) môže opracovanie za studena spôsobiť aj deformáciu spevňujúcich fáz (napr. „fáza“) a ich zarovnanie v smere deformácie.

Efekt spevnenia práce: Hromadenie dislokácií a deformácia zŕn zvyšuje vnútornú energiu zliatiny, čo vedie k javu mechanického tvrdnutia, čo je hlavný dôvod zmeny mechanických vlastností.

2. Účinok na pevnosť v ťahu: Výrazné zlepšenie

Spracovanie za studena je efektívna metóda na zvýšenie pevnosti v ťahu zliatin na báze niklu-, vrátane medze klzu a konečnej pevnosti v ťahu, a to nasledujúcimi spôsobmi:

Posilnenie dislokácie: Zamotané dislokácie a husté dislokačné steny pôsobia ako prekážky pohybu dislokácií. Keď je zliatina vystavená namáhaniu v ťahu, na prekonanie týchto prekážok je potrebná dodatočná sila, čo vedie k prudkému zvýšeniu medze klzu. Napríklad za studena-valcovaná zliatina Inconel 625 môže zaznamenať zvýšenie medze klzu o 50 % až 80 % v porovnaní so stavom po žíhaní.

Posilnenie zjemnenia zrna (sekundárny efekt): Ťažké opracovanie za studena môže roztrieštiť hrubé zrná na jemné podzrnká. Podľa Hallovho- vzťahu Petcha znamenajú jemnejšie zrná viac hraníc zŕn, čo môže ďalej brániť pohybu dislokácií a prispievať k zlepšeniu sily.

Synergické spevnenie s precipitačnými fázami: V prípade zliatin na báze -kaleného niklu- na báze precipitácie podporuje tvárnenie za studena rovnomerné vyzrážanie jemných spevňujúcich fáz počas následného spracovania starnutím. Tieto jemné fázy spolupracujú s dislokáciami, aby sa ďalej zvýšila pevnosť v ťahu. Napríklad zliatina Monel K-500 ťahaná za studena- vykazuje vyššiu pevnosť v ťahu po starnutí ako zliatina spracovaná samotným starnutím.

Stupeň zlepšenia sily pozitívne koreluje smiera zníženia práce za studena(tj percento zmenšenia hrúbky alebo{2}} plochy prierezu po deformácii). Vyššia miera redukcie vedie k výraznejšej akumulácii dislokácií a deformácii zrna, čo vedie k väčším prírastkom pevnosti.

3. Vplyv na ťažnosť: Postupné znižovanie

Opracovanie za studena pri zvyšovaní pevnosti nevyhnutne znižuje ťažnosť zliatin na báze niklu-, ktoré sa vyznačujú zníženým predĺžením a zmenšením plochy:

Krehkosť-indukovaná dislokáciou: Vysoká hustota spletených dislokácií znižuje pohyblivosť dislokácií vo vnútri zŕn. Počas deformácie v ťahu zliatina nemôže podstúpiť dostatočnú plastickú deformáciu prostredníctvom dislokačného pohybu, čo vedie k skorému zlomu a zníženiu predĺženia.

Iniciácia mikrotrhlín: Silné opracovanie za studena môže spôsobiť tvorbu mikrotrhlín na rozhraní medzi deformovanými zrnami alebo medzi zrnami a fázami spevňovania. Tieto mikrotrhliny sa rýchlo šíria pri namáhaní v ťahu, čím sa ďalej zhoršuje ťažnosť.

Anizotropný efekt: Vláknitá mikroštruktúra vytvorená spracovaním za studena robí ťažnosť zliatiny anizotropnou. Tažnosť v smere deformácie je relatívne lepšia, zatiaľ čo ťažnosť kolmo na smer deformácie výrazne klesá.

Stojí za zmienku, že zníženie ťažnosti nie je lineárne. Keď je miera zníženia opracovaním za studena nízka (menej ako 10 %), ťažnosť mierne klesá; keď miera redukcie presiahne 30 %, ťažnosť prudko klesá a zliatina má tendenciu byť krehká.

4. Obnova a rekryštalizácia: Zvrátenie zmien vlastností

Zmeny pevnosti v ťahu a ťažnosti spôsobené tvárnením za studena súreverzibilnéprostredníctvom procesov tepelného spracovania, ako je regenerácia a rekryštalizácia:

zotavenie: Zahriatie za studena-spracovanej zliatiny na teplotu nižšiu ako je teplota rekryštalizácie eliminuje vnútorné napätie zliatiny bez zmeny vláknitej mikroštruktúry. Tento proces mierne znižuje pevnosť a obnovuje malé množstvo ťažnosti.

Rekryštalizácia: Zahriatie na teplotu rekryštalizácie (zvyčajne 800 stupňov – 1100 stupňov pre zliatiny na báze niklu{2}}) umožňuje nukleáciu a rast nových rovnoosých zŕn, ktoré nahrádzajú deformovanú vláknitú mikroštruktúru. Tým sa úplne eliminuje mechanické vytvrdzovanie, obnovuje sa ťažnosť zliatiny do žíhaného stavu, zatiaľ čo pevnosť v ťahu primerane klesá.

Zhrnutie

Opracovanie za studena zlepšuje pevnosť v ťahu zliatin na báze niklu-pomocou dislokačného spevnenia a zjemnenia zrna, pričom znižuje ťažnosť v dôsledku dislokačného zamotania a mikroštrukturálnej deformácie. Rozsah zmien vlastností závisí od miery zníženia opracovania za studena. Okrem toho je možné modifikované vlastnosti flexibilne upraviť následným regeneračným alebo rekryštalizačným tepelným spracovaním, aby sa splnili požiadavky na mechanické vlastnosti rôznych technických aplikácií.

Pevnosť v ťahu a ťažnosť zliatin niklu