Kuidas muudab külmtöötlemisprotsess niklil{0}}põhiste sulamite tõmbetugevust ja elastsust?

Külmtöötlemine, mis on määratletud kui nikli{0}}põhiste sulamite plastiline deformatsioon nende ümberkristallimistemperatuurist madalamal temperatuuril (tavaliselt toatemperatuur kuni 300 kraadi), kutsub esile olulisi muutusi sulamite mikrostruktuuris, mis omakorda muudab nende tõmbetugevust ja elastsust.kaubandussuhe-. Konkreetseid mehhanisme ja mõjusid kirjeldatakse allpool:

1. Külmtöötlemisest põhjustatud mikrostruktuuriliste muutuste mehhanismid

Külmtöötlemine rikub plastilise deformatsiooni tõttu nikli{0}}põhiste sulamite algse ühtlase ja stabiilse mikrostruktuuri, mis toob kaasa järgmised olulised muudatused:

Dislokatsiooni korrutamine ja sassiminek: Välise pinge all tekib sulami terade sees suur hulk dislokatsioone. Need nihestused liiguvad ja interakteeruvad üksteisega, moodustades sassis dislokatsiooniklastreid, rakustruktuure või dislokatsiooniseinu. See loob suure-tihedusega dislokatsioonitsooni, mis takistab edasist dislokatsiooni liikumist.

Terade moonutamine ja killustatus: Algsed võrdseteljelised terad on piki deformatsioonisuunda piklikud, lamedad või isegi killustatud, moodustades kiulise mikrostruktuuri. Sademetel -karastatud nikli-põhiste sulamite (nt Inconel 718) puhul võib külmtöötlemine põhjustada ka tugevdusfaaside (nt ''-faasi) deformatsiooni ja nende joondamist deformatsioonisuunas.

Tööd karastav toime: nihestuste kuhjumine ja tera moonutamine suurendab sulami siseenergiat, mis viib töökõvenemise nähtuseni, mis on mehaaniliste omaduste muutumise peamine põhjus.

2. Mõju tõmbetugevusele: märkimisväärne paranemine

Külmtöötlemine on tõhus meetod nikli{0}}põhiste sulamite tõmbetugevuse, sealhulgas voolavuspiiri ja ülima tõmbetugevuse suurendamiseks järgmistel viisidel.

Dislokatsiooni tugevdamine: Sassis nihestused ja tihedad dislokatsiooniseinad takistavad nihestuse liikumist. Kui sulam on allutatud tõmbepingele, on nende takistuste ületamiseks vaja täiendavat jõudu, mille tulemuseks on voolavuspiiri järsu tõusu. Näiteks võib külmvaltsitud Inconel 625 sulami voolavuspiir suureneda 50–80% võrreldes lõõmutatud olekuga.

Teravilja rafineerimise tugevdamine (sekundaarne efekt): Tugev külmtöötlemine võib jämedad terad peeneks alamteradeks killustada. Hall{1}}Petchi seose kohaselt tähendavad peenemad terad rohkem terapiire, mis võib veelgi takistada nihestuse liikumist ja aidata kaasa tugevuse paranemisele.

Sünergiline tugevdamine sademete faasidega: Sadestamisel-karastatud nikli-põhiste sulamite puhul soodustab külmtöötlemine peente tugevdusfaaside ühtlast sadestamist järgneva vananemistöötluse käigus. Need peened faasid teevad koostööd dislokatsioonidega, et veelgi suurendada tõmbetugevust. Näiteks külmtõmmatud Monel K-500 sulamil on pärast vanandamist suurem tõmbetugevus kui ainult vanandamise teel töödeldud sulamil.

Tugevuse paranemise aste on positiivses korrelatsiooniskülmtöötlemise vähendamise kiirus(st paksuse või ristlõikepinna vähenemise protsent- pärast deformatsiooni). Kõrgemad redutseerimismäärad põhjustavad suuremat dislokatsiooni kogunemist ja tera moonutusi, mille tulemuseks on suurem tugevuse suurenemine.

3. Mõju elastsusele: järkjärguline vähendamine

Tugevust parandades vähendab külmtöötlemine paratamatult nikli{0}}põhiste sulamite elastsust, mida iseloomustab vähenenud venivus ja pindala vähenemine:

Dislokatsiooni kuhjumisest{0}}indutseeritud rabedus: Sassis nihestuste suur tihedus vähendab nihestuste liikuvust terade sees. Tõmbedeformatsiooni ajal ei saa sulam dislokatsiooniliikumise tõttu läbida piisavat plastilist deformatsiooni, mis põhjustab varajase purunemise ja vähenenud pikenemise.

Mikropragude initsiatsioon: Tugev külmtöötlemine võib põhjustada mikropragude teket deformeerunud terade või terade ja tugevdusfaaside vahel. Need mikropraod levivad tõmbepinge all kiiresti, halvendades veelgi elastsust.

Anisotroopne efekt: Külmtöötlemisel moodustunud kiuline mikrostruktuur muudab sulami elastsuse anisotroopseks. Plastsus piki deformatsioonisuunda on suhteliselt parem, samas kui deformatsioonisuunaga risti elastsus väheneb oluliselt.

Väärib märkimist, et elastsuse vähenemine ei ole lineaarne. Kui külmtöötlemise vähendamise määr on madal (alla 10%), väheneb elastsus veidi; kui redutseerimismäär ületab 30%, väheneb elastsus järsult ja sulam kipub olema rabe.

4. Taastamine ja ümberkristallimine: omaduste muutmise tagasipööramine

Külmtöötlemisel tekkivad muutused tõmbetugevuses ja elastsuses onpööratavkuumtöötlemisprotsesside kaudu, nagu taastamine ja ümberkristallimine:

Taastumine: Külmtöödeldud sulami kuumutamine temperatuurini, mis on madalam kui ümberkristallimistemperatuur, kõrvaldab sulami sisemise pinge ilma kiulist mikrostruktuuri muutmata. See protsess vähendab veidi tugevust ja taastab veidi elastsust.

Ümberkristalliseerimine: Kuumutamine ümberkristallimistemperatuurini (tavaliselt 800–1100 kraadi nikli-põhiste sulamite puhul) võimaldab tuumada ja kasvada uutel võrdseteljeldustel terad, asendades deformeerunud kiulise mikrostruktuuri. See välistab täielikult töökõvenemise, taastades sulami elastsuse lõõmutatud olekusse, samal ajal kui tõmbetugevus väheneb vastavalt.

Kokkuvõte

Külmtöötlemine parandab nikli{0}}põhiste sulamite tõmbetugevust dislokatsiooni tugevdamise ja tera rafineerimise tugevdamise kaudu, vähendades samal ajal elastsust, mis on tingitud dislokatsiooni takerdumisest ja mikrostruktuuride moonutusest. Omaduste muutuste ulatus sõltub külmtöötlemise vähendamise kiirusest. Lisaks saab modifitseeritud omadusi paindlikult reguleerida järgneva taaskasutamise või ümberkristallimise kuumtöötlemise kaudu, et need vastaksid erinevate insenerirakenduste mehaaniliste omaduste nõuetele.

Niklisulamite tõmbetugevus ja elastsus