Snižuje se rázová houževnatost slitin na bázi niklu-výrazně při nízkých teplotách?

1. Slitiny na bázi niklu-se stabilní rázovou houževnatostí při nízkých teplotách

Stabilní struktura austenitické matrice: Tyto slitiny jsou navrženy s plně lícní-centrovanou kubickou (FCC) austenitickou matricí, která nemá žádnou tvárnou-teplotu křehkého přechodu (DBTT) v širokém rozsahu teplot. Na rozdíl od-krychlových kovů se středem těla (BCC) (např. uhlíková ocel) umožňuje struktura FCC aktivaci vícenásobných dislokačních skluzových systémů i při extrémně nízkých teplotách, účinně absorbuje energii nárazu a zabraňuje křehkému lomu.

Nízký obsah křehkých fází a nečistot: Chemické složení těchto slitin je optimalizováno tak, aby se minimalizoval obsah křehkých precipitátů (např. hrubé karbidy, intermetalické sloučeniny) a škodlivých nečistot (např. síra, fosfor). Například Hastelloy C276 přísně kontroluje obsah uhlíku pod 0,01 %, aby se zabránilo tvorbě souvislých karbidových filmů na hranicích zrn, které by mohly způsobit křehnutí.

Jednotná mikrostruktura: Rozumné tepelné zpracování (např. rozpouštěcí žíhání) zajišťuje homogenní zrnitost a eliminuje vnitřní pnutí. Jemná a stejnoměrná zrna mohou bránit šíření mikrotrhlin během rázového zatěžování a dále udržovat vysokou rázovou houževnatost při nízkých teplotách.

2. Slitiny na bázi niklu-se zřejmým poklesem houževnatosti při nízkých-teplotách

Precipitace zesilující fáze: Tyto slitiny se spoléhají na velké množství jemných zpevňovacích fází (např. '' fáze, ' fáze) k dosažení vysoké-teplotní pevnosti. Při nízkých teplotách se zvyšuje interakce mezi dislokacemi a těmito rigidními zpevňovacími fázemi, což snižuje pohyblivost dislokací v matrici. To vede ke snížení schopnosti slitiny absorbovat rázovou energii, což má za následek nižší rázovou houževnatost ve srovnání s pokojovou teplotou.

Riziko zkřehnutí hranic zrn: Pokud je proces tepelného zpracování nevhodný (např. nadměrné{2}}stárnutí), mohou se na hranicích zrn vysrážet hrubé karbidy (např. M₂₃C₆). Při nízkých teplotách se tyto karbidy stávají body koncentrace napětí, což může urychlit iniciaci a šíření mezikrystalových trhlin během nárazu, což dále zhoršuje pokles houževnatosti.

Efekt práce za studena: Slitiny tvrzené za studena-zpracované precipitací-mají vyšší hustotu dislokací. Při nízkých teplotách se nahromaděné dislokace obtížně pohybují, což vede k zřetelnějšímu poklesu rázové houževnatosti ve srovnání se stavem žíhaným.

Například Charpyho nárazová energie slitiny Inconel 718 při pokojové teplotě je asi 80–100 J, zatímco při -196 stupních klesá na 40–60 J, což je snížení přibližně o 50 %. Tato úroveň houževnatosti je však stále dostatečná pro většinu nízkoteplotních konstrukčních aplikací.

3. Klíčové faktory ovlivňující tendenci k houževnatosti při nízkých-teplotách

Obsah niklu: Vyšší obsah niklu pomáhá stabilizovat austenitické matrice, čímž se zvyšuje rázová houževnatost slitiny při nízkých-teplotách.

Legující prvky: Prvky, jako je mangan, dusík, mohou zjemnit zrna a zlepšit houževnatost při nízkých-teplotách; nadměrné množství uhlíku, křemíku, fosforu podpoří tvorbu křehkých fází a sníží houževnatost.

Tepelné zpracování: Roztokové žíhání může rozpustit křehké fáze a zlepšit houževnatost; přiměřené stárnutí může zabránit zesílení fázového hrubnutí; nadměrné{0}}stárnutí povede ke snížení houževnatosti.

Shrnutí

Závěrem lze říci, že rázová houževnatost slitin na bázi niklu-nevykazuje univerzální a významný pokles při nízkých teplotách. Korozi -niklové-slitiny mědi a slitiny na bázi -niklu- o vysoké čistotě si udržují stabilní houževnatost i při kryogenních teplotách.