Mis on niklil{0}}põhiste sulamite elastsuse muutumise trend kõrgel temperatuuril{1}}?
1. Põhiline variatsioonitrend: Monotoonne langus koos temperatuuri tõusuga
Madalatel kuni keskmistel temperatuuridel (toatemperatuur kuni 600 kraadi) intensiivistab temperatuuri tõus aatomite termilist vibratsiooni nikli-põhises kuup{2}}keskmises (FCC) võres. Täiustatud aatomi liikumine nõrgendab aatomitevahelist sidumisjõudu, mis vähendab sulami vastupidavust elastsele deformatsioonile. Selle tulemusena väheneb elastsusmoodul lineaarselt ja mõõdukalt temperatuuri tõustes. Näiteks Inconel 718 sulami elastsusmoodul väheneb umbes 200 GPa-lt toatemperatuuril 170 GPa-le 600 kraadi juures, mis on umbes 15%.
Keskmisel kuni kõrgel temperatuuril (600–1000 kraadi) elastsusmooduli languse kiirus veidi kiireneb. Ühest küljest tugevneb aatomite termiline vibratsioon veelgi, mis toob kaasa suurema võre moonutuse. Teisest küljest nõrgeneb sademe -kõveneva nikli-põhiste sulamite puhul tugevdusfaaside ( ', '') ja maatriksi vaheline koherentne seos järk-järgult ning väike kogus tugevdusfaasi osakesi võib läbida kerge jämeduse. See vähendab maatriksi ja tugevdusfaaside vahelist sünergistlikku deformatsioonitakistust, kiirendades seega elastsusmooduli vähenemist. Näiteks Waspaloy elastsusmoodul väheneb 165 GPa-lt 600 kraadi juures 140 GPa-le 1000 kraadi juures, mis on umbes 15% vähenemine selles temperatuurivahemikus.
2. Erinevused sulamitüüpide varieerumistrendides
Sadestamis-kõvenevad nikli-põhised sulamid (nt Inconel 718, Waspaloy)
Need sulamid sisaldavad suurt hulka " ja " tugevdusfaase. Temperatuuridel, mis on madalamad faasi lahustumistemperatuurist (tavaliselt 850–950 kraadi), jäävad tugevdusfaasid stabiilseks ja võivad tõhusalt pärssida aatomi termilise liikumise põhjustatud võre deformatsiooni. Seetõttu väheneb nende elastsusmoodul suhteliselt aeglaselt temperatuuri tõustes. Kui aga temperatuur ületab tugevdusfaaside lahustumistemperatuuri, lahustuvad faasid maatriksis kiiresti, põhjustades elastsusmooduli järsu languse.
Lahendus-kõvenevad nikli-põhised sulamid (nt Hastelloy C276, Alloy 600)
Need sulamid toetuvad tugevdamiseks tahkete{0}}lahuste elementidega (Cr, Mo, W) ja neil ei ole stabiilseid sademefaase. Nende elastsusmoodul väheneb temperatuuri tõustes lineaarsemalt ja järsu langusetappi ei esine. Üldine langusamplituud on veidi suurem kui sademete{3}}kõvenemise amplituud samas temperatuurivahemikus. Näiteks Hastelloy C276 elastsusmoodul väheneb umbes 20% toatemperatuurilt 1000 kraadini, samas kui Inconel 718 vähenemine on samadel tingimustel umbes 18%.
3. Erijuhud: faasitransformatsiooni mõju elastsusele
Kui mõnda sulamit kuumutatakse teatud temperatuurini, võivad metastabiilsed faasid (nt σ-faas, Lavesi faas) sadestuda. Nendel rabedatel faasidel on FCC maatriksist erinev võre struktuur, mis põhjustab sulamis lokaalse pinge kontsentratsiooni. See võib põhjustada aajutine lamenemine või kerge tagasilöökelastsusmooduli kõvera vastavas temperatuurivahemikus.
See nähtus pole aga universaalne. Tööstuslikes -klassi nikli-põhistes sulamites kontrollitakse metastabiilsete faaside sisaldust komponentide kavandamise ja kuumtöötlemise protsesside kaudu, mistõttu on see ebanormaalne kõikumine praktilistes rakendustes tavaliselt tühine.
4. Variatsioonitrendi tehniline tähtsus
Kõrgetemperatuurilistes-konstruktsioonikomponentides (nt aero-mootorite turbiinikettad, tööstuslike ahjude riputid) tähendab elastsusmooduli vähenemine, et sulami jäikus väheneb kõrgetel temperatuuridel. Seetõttu tuleb konstruktsiooni projekteerimisel arvestada elastse deformatsioonivaruga, et vältida liigset deformatsiooni, mis põhjustab konstruktsiooni purunemist.
Sademetel{0}}kõvenevate nikli-põhiste sulamite puhul on ülioluline vältida nende kasutamist temperatuuril, mis ületab tugevdusfaasi lahustumistemperatuuri, kuna elastsusmooduli järsk langus mõjutab tõsiselt komponentide tööohutust.
