Kokia yra nikelio{0}}lydinių elastingumo kitimo tendencija aukštos{1}}temperatūros aplinkoje?
1. Pagrindinė variacijų tendencija: monotoniškas mažėjimas kylant temperatūrai
Esant žemai ir vidutinei temperatūrai (kambario temperatūra iki 600 laipsnių ), temperatūros padidėjimas sustiprina atomų šiluminę vibraciją nikelio -pagrindo -centrinėje kubinėje (FCC) grotelėje. Sustiprintas atominis judėjimas susilpnina tarpatominę surišimo jėgą, dėl kurios sumažėja lydinio atsparumas elastinei deformacijai. Dėl to tamprumo modulis mažėja tiesiškai ir vidutiniškai, kylant temperatūrai. Pavyzdžiui, Inconel 718 lydinio tamprumo modulis sumažėja nuo maždaug 200 GPa kambario temperatūroje iki 170 GPa 600 laipsnių temperatūroje, tai yra apie 15%.
Esant vidutinei ir aukštai temperatūrai (600–1000 laipsnių), tamprumo modulio mažėjimo greitis šiek tiek pagreitėja. Viena vertus, šiluminė atomų vibracija dar labiau sustiprėja, o tai lemia didesnį gardelės iškraipymą. Kita vertus, nusodinant -kietėjantį nikelį- pagrįstą lydinį, nuoseklus ryšys tarp stiprinimo fazių ( ', '') ir matricos palaipsniui silpnėja, o nedidelis stiprinimo fazės dalelių kiekis gali šiek tiek sutirštėti. Tai sumažina sinergetinį atsparumą deformacijai tarp matricos ir stiprinimo fazių, todėl paspartėja tamprumo modulio mažėjimas. Pavyzdžiui, Waspaloy tamprumo modulis sumažėja nuo 165 GPa 600 laipsnių temperatūroje iki 140 GPa 1000 laipsnių temperatūroje, tai yra maždaug 15% sumažėjimas šiame temperatūros diapazone.
2. Lydinių tipų kitimo tendencijų skirtumai
Nusodinamieji -kietantys nikelio- lydiniai (pvz., Inconel 718, Waspaloy)
Šiuose lydiniuose yra daug "ir" stiprinimo fazių. Esant žemesnei nei fazės tirpimo temperatūrai (paprastai 850–950 laipsnių), stiprinimo fazės išlieka stabilios ir gali veiksmingai slopinti gardelės deformaciją, kurią sukelia atominis terminis judėjimas. Todėl jų tamprumo modulis mažėja palyginti lėtai didėjant temperatūrai. Tačiau kai temperatūra viršija stiprinimo fazių tirpimo temperatūrą, ' ir ' fazės greitai ištirpsta matricoje, todėl elastingumo modulis smarkiai sumažėja.
Tirpalo -kietėjimo nikelio- lydiniai (pvz., Hastelloy C276, Alloy 600)
Šie lydiniai sutvirtinami naudojant kietus -tirpalo elementus (Cr, Mo, W) ir neturi stabilių kritulių fazių. Jų tamprumo modulis mažėja labiau tiesiškai, didėjant temperatūrai, ir nėra staigaus mažėjimo etapo. Bendra kritimo amplitudė yra šiek tiek didesnė nei kritulių -kietėjimo lydinių tame pačiame temperatūros diapazone. Pavyzdžiui, Hastelloy C276 tamprumo modulis sumažėja maždaug 20 % nuo kambario temperatūros iki 1000 laipsnių, o Inconel 718 sumažėja maždaug 18 % tomis pačiomis sąlygomis.
3. Ypatingi atvejai: fazės transformacijos įtaka elastingumui
Kai kurie lydiniai kaitinami iki tam tikros temperatūros, gali iškristi metastabilios fazės (pvz., σ fazė, Laveso fazė). Šios trapios fazės turi skirtingas grotelių struktūras nuo FCC matricos, todėl lydinio viduje susidaro vietinė įtempių koncentracija. Tai gali sukelti alaikinas išlyginimas arba nedidelis atšokimastamprumo modulio kreivės atitinkamame temperatūros diapazone.
Tačiau šis reiškinys nėra universalus. Pramoniniuose -klasės nikelio- lydiniuose metastabilių fazių kiekis yra griežtai kontroliuojamas per komponentų projektavimo ir terminio apdorojimo procesus, todėl praktikoje šis nenormalus pokytis paprastai yra nereikšmingas.
4. Variacijos tendencijos inžinerinė reikšmė
Aukštos{0}}temperatūrinės konstrukcijos komponentuose (pvz., aero-variklio turbinų diskuose, pramoninėse krosnies pakabose) elastingumo modulio sumažėjimas reiškia, kad lydinio standumas mažėja esant aukštai temperatūrai. Todėl projektuojant konstrukciją būtina atsižvelgti į elastinės deformacijos ribą, kad būtų išvengta per didelės deformacijos, dėl kurios konstrukcinis gedimas.
Labai svarbu nenaudoti kritulių -kietėjančių nikelio- lydinių temperatūroje, viršijančioje stiprinimo fazės tirpimo temperatūrą, nes staigus tamprumo modulio kritimas labai paveiks komponentų eksploatavimo saugą.
