Kakšen je trend spreminjanja elastičnosti zlitin na-osnovi niklja v visoko{1}}temperaturnih okoljih?
1. Osnovni variacijski trend: Monotoni upad z naraščajočo temperaturo
Pri nizkih do srednjih temperaturah (sobna temperatura do 600 stopinj) zvišanje temperature okrepi toplotno nihanje atomov v kubični-na osnovi niklja-centrirane kubične (FCC) rešetke. Okrepljeno atomsko gibanje oslabi medatomsko vezno silo, kar zmanjša odpornost zlitine na elastično deformacijo. Posledično se modul elastičnosti linearno in zmerno zmanjšuje z naraščajočo temperaturo. Na primer, modul elastičnosti zlitine Inconel 718 se zmanjša s približno 200 GPa pri sobni temperaturi na 170 GPa pri 600 stopinjah, kar je približno 15-odstotno zmanjšanje.
Pri srednjih do visokih temperaturah (600–1000 stopinj) se stopnja upadanja modula elastičnosti rahlo poveča. Po eni strani se toplotna vibracija atomov še okrepi, kar vodi do večjega popačenja mreže. Po drugi strani pa pri izločno{4}}zlitinah-na osnovi niklja koherentno razmerje med ojačevalnimi fazami ( ', '') in matriko postopoma slabi, majhna količina delcev ojačevalne faze pa je lahko podvržena rahlemu grobinju. To zmanjša sinergistični deformacijski upor med matriko in ojačitvenimi fazami, s čimer se pospeši zmanjšanje elastičnega modula. Na primer, modul elastičnosti Waspaloya se zmanjša s 165 GPa pri 600 stopinjah na 140 GPa pri 1000 stopinjah, kar je zmanjšanje za približno 15 % v tem temperaturnem območju.
2. Razlike v variacijskih trendih med vrstami zlitin
Zlitine-na osnovi niklja, ki se utrjujejo z izločanjem (npr. Inconel 718, Waspaloy)
Te zlitine vsebujejo veliko število ' in ' ojačitvenih faz. Pri temperaturah pod temperaturo raztapljanja faze (običajno 850–950 stopinj) ostanejo ojačitvene faze stabilne in lahko učinkovito zavirajo deformacijo rešetke, ki jo povzroča atomsko toplotno gibanje. Zato se njihov modul elastičnosti s temperaturo razmeroma počasi zmanjšuje. Ko pa temperatura preseže temperaturo raztapljanja ojačitvenih faz, se fazi ' in ' hitro raztopita v matrici, zaradi česar elastični modul močno pade.
Zlitine na osnovi-niklja-za utrjevanje raztopine (npr. Hastelloy C276, Alloy 600)
Te zlitine se za ojačitev zanašajo na trdne-elemente raztopine (Cr, Mo, W) in nimajo stabilnih obarjajočih faz. Njihov modul elastičnosti pada bolj linearno s temperaturo in ni stopnje nenadnega padca. Celotna amplituda padca je nekoliko večja kot pri izločevalno{3}}zlitinah pri istem temperaturnem območju. Na primer, modul elastičnosti Hastelloy C276 se zmanjša za približno 20 % od sobne temperature do 1000 stopinj, medtem ko je zmanjšanje Inconela 718 približno 18 % pod enakimi pogoji.
3. Posebni primeri: Vpliv fazne transformacije na elastičnost
Ko nekatere zlitine segrejemo na določeno temperaturo, se lahko izločijo metastabilne faze (npr. σ faza, Lavesova faza). Te krhke faze imajo drugačno mrežno strukturo od matrice FCC, kar vodi do lokalne koncentracije napetosti znotraj zlitine. To lahko povzroči azačasno sploščitev ali rahel odbojkrivulje elastičnega modula v ustreznem temperaturnem območju.
Vendar ta pojav ni univerzalen. V industrijskih zlitinah-na osnovi niklja-je vsebnost metastabilnih faz strogo nadzorovana z zasnovo komponent in postopki toplotne obdelave, zato je ta nenormalna sprememba običajno zanemarljiva v praktičnih aplikacijah.
4. Inženirski pomen variacijskega trenda
Pri visoko-temperaturnih konstrukcijskih komponentah (npr. diski turbin letalskih-motorjev, obešala industrijskih peči) zmanjšanje elastičnega modula pomeni, da se togost zlitine zmanjša pri visokih temperaturah. Zato je treba med strukturnim načrtovanjem upoštevati mejo elastične deformacije, da bi se izognili čezmerni deformaciji, ki vodi do strukturne okvare.
Pri zlitinah na osnovi-niklja-izpadajočega utrjevanja je ključnega pomena, da se izogibate njihovi uporabi pri temperaturah, ki presegajo temperaturo raztapljanja ojačitvene faze, saj bo močan padec modula elastičnosti resno vplival na varnost delovanja komponent.
