Kakav je trend varijacije elastičnosti legura na bazi nikla-u okruženjima visokih temperatura?
1. Trend osnovne varijacije: monotoni pad sa porastom temperature
Na niskim do srednjim temperaturama (sobna temperatura do 600 stepeni), povećanje temperature intenzivira termičke vibracije atoma u nikla-baziranoj na lice-kubičnoj (FCC) rešetki. Pojačano atomsko kretanje slabi međuatomsku silu veze, što smanjuje otpor legure na elastičnu deformaciju. Kao rezultat toga, modul elastičnosti opada linearno i umjereno s porastom temperature. Na primjer, modul elastičnosti legure Inconel 718 opada sa približno 200 GPa na sobnoj temperaturi na 170 GPa na 600 stepeni, što je smanjenje od oko 15%.
Na srednjim do visokim temperaturama (600-1000 stepeni), brzina opadanja modula elastičnosti lagano se ubrzava. S jedne strane, termička vibracija atoma se dalje pojačava, što dovodi do veće distorzije rešetke. S druge strane, za legure na bazi nikla koje-otvrdnjavaju-, koherentni odnos između faza ojačanja (', '') i matrice postepeno slabi, a mala količina čestica faze ojačanja može biti podvrgnuta blagom grubljenju. Time se smanjuje sinergistički otpor deformacije između matrice i faza ojačanja, čime se ubrzava smanjenje modula elastičnosti. Na primjer, modul elastičnosti Waspaloya opada sa 165 GPa na 600 stepeni na 140 GPa na 1000 stepeni, što je smanjenje od oko 15% unutar ovog temperaturnog raspona.
2. Razlike u trendovima varijacije između vrsta legura
Legura na bazi nikla -otvrdnjavajuća na padavinama{1}} (npr. Inconel 718, Waspaloy)
Ove legure sadrže veliki broj ' i ' faza ojačanja. Na temperaturama ispod temperature rastvaranja faze (obično 850-950 stepeni), faze ojačanja ostaju stabilne i mogu efikasno inhibirati deformaciju rešetke uzrokovanu atomskim termičkim kretanjem. Stoga se njihov modul elastičnosti relativno sporo smanjuje s temperaturom. Međutim, kada temperatura pređe temperaturu rastvaranja faza ojačanja, ' i '' faze se brzo rastvaraju u matrici, uzrokujući nagli pad modula elastičnosti.
Legura na bazi nikla-očvršćava{1}} (npr. Hastelloy C276, Alloy 600)
Ove legure se oslanjaju na čvrste{0}}elemente rastvora (Cr, Mo, W) za jačanje i nemaju stabilne faze precipitacije. Njihov modul elastičnosti opada na linearniji način s temperaturom i nema naglog opadanja. Ukupna amplituda opadanja je nešto veća od one kod legura koje očvršćavaju precipitacijom- na istom temperaturnom rasponu. Na primjer, modul elastičnosti Hastelloy C276 opada za približno 20% od sobne temperature do 1000 stepeni, dok je pad Inconela 718 oko 18% pod istim uslovima.
3. Posebni slučajevi: Utjecaj fazne transformacije na elastičnost
Kada se neke legure zagriju na određenu temperaturu, mogu se taložiti metastabilne faze (npr. σ faza, Lavesova faza). Ove krhke faze imaju različite strukture rešetke od FCC matrice, što dovodi do lokalne koncentracije naprezanja unutar legure. Ovo može uzrokovati aprivremeno spljoštenje ili blagi odskokkrive modula elastičnosti u odgovarajućem temperaturnom rasponu.
Međutim, ovaj fenomen nije univerzalan. U industrijskim legurama na bazi nikla-razreda-, sadržaj metastabilnih faza je strogo kontrolisan kroz dizajn komponenti i procese termičke obrade, tako da je ova abnormalna varijacija obično zanemarljiva u praktičnim primjenama.
4. Inženjerski značaj trenda varijacije
Kod visoko{0}}konstrukcijskih komponenti (npr. turbinski diskovi aeromotora, vješalice za industrijske peći), smanjenje modula elastičnosti znači da se krutost legure smanjuje na visokim temperaturama. Stoga je prilikom projektiranja konstrukcije potrebno uzeti u obzir granicu elastične deformacije kako bi se izbjegla prekomjerna deformacija koja dovodi do loma konstrukcije.
Za legure na bazi nikla koje -otvrdnjavaju-, ključno je izbjegavati njihovu upotrebu na temperaturama koje prelaze temperaturu rastvaranja faze ojačanja, jer će oštar pad modula elastičnosti ozbiljno utjecati na sigurnost rada komponenti.
