התפקיד הקריטי של Quenching ב-Nickel- Based Superalloy

Superalloys מבוסס ניקל הם הכרחיים בסביבות עתיריות גבוהות כגון מנועי סילון, טורבינות גז, כור גרעיני, שבו הם חייבים לשמור על שלמות מכנית תחת עומסים תרמיים מכניים קיצוניים.הביצועים של ⁇ אלה תלוי במידה רבה על המיקרו-מבנה שלהם, אשר מעוצב במהלך טיפול על חום, בין השלבים טיפול קיפוד, ריצוף עומד כתהליך מרכזי כי מנעולים במיקרו-מערכת הרצויה, לעתים קרובות על ידי טיפול מדגמי, למרות שמבוסס על ידי גירוי, השפעה על ידי טיפול על ידי טיפול על ידי גירוי ספציפי של טיפול על ידי ניתוח ספציפי של מחלות מיקרו-מערכת הדם.

תהליך הסידור בטיפול ב- Superalloy Heat Treatment

קונצ'ינג הוא צעד קירור מהיר המבוצע בדרך כלל לאחר טיפול חום הפתרון. ⁇ מחומם לטמפרטורה שבה כל או רוב ההחזקה של השכבות מתפוגגות לתוך המריצה, ואז קרר במהירות כדי לשמור על פתרון מוצק על-טבעי.מצב זה מכוסה הוא metastable; טיפולים ההזדקנות לאחר מכן לקדם את המשקעים מבוקרים של חלקיקים בסדר, קוהרנטיים כי יש כוח עתיר גבוה.

טיפול לפני שאילתות

לפני quenching, Superalloy עובר טיפול פתרון בטמפרטורה בדרך כלל בין 980 ° C ו 1200 מעלות צלזיוס, בהתאם למערכת ⁇ . במהלך שלב זה, coarse ⁇ (הראש שלgamma) precipitates, carbides, ושלבים משניים אחרים מתמוססים לתוך מאקציית מצופה הפנים (FCC) austenitic matrix.

Cooling Media ו-Hrowing

שיעור הקירור במהלך הסימון נקבע על ידי בחירת אמצעי התקשורת הנפוצים כוללים:

  • (FLT:0) WaterveFLT:1) - מייצרת את שיעורי הקירור הגבוהים ביותר (המכונים אלפי מעלות צלזיוס לשנייה), אך יכול לגרום ל ⁇ תרמיים חמורים ועיוות מים quenching משמש לעתים נדירות עבור רכיבים מורכבים על-טבעיים עקב סדקים סיכונים.
  • (FLT:0)OilcioFLT:1) - מספק שיעור קירור מתון (50-200 מעלות צלזיוס /s) אשר מאזן את הצורך קירור מהיר עם הלם תרמי מופחת.
  • (FLT:0)Forced Air או inert גז FLT1) - מציע קירור איטי (0.1-50 מעלות צלזיוס /s) ומשמש לעתים קרובות עבור רכיבים גדולים או דקים שעשויים לעוות תחת קירור מהיר יותר.
  • (FLT:0) פובימר quקסםFLT:1) - פתרונות פולימרים מבוססי מים יכולים להיות מכוונים לייצר שיעורי קירור בין שמן למים, מתן מיצוי חום מבוקר.

שיעור הקירור חייב להיות מספיק כדי לדכא את היווצרות של שלבי איזון אשר יפחיתו נכסים, תוך הימנעות גם מתחים שאריות מופרזים.עבור רבים המבוססים על ניקל, שמן או גז quenching הוא המועדף.

התפתחות מיקרו-מבנה במהלך רצף

כאשר ⁇ מגניב מטמפרטורת הפתרון, מתרחשים כמה שינויים מיקרו-מבנהיים מקבילים.הבנת הטרנספורמציות הללו היא המפתח לשליטה במצב הסופי של החומר.

המונחים: Coarse Precipitates

במהלך טיפול בפתרון, חלקיקים ⁇ (לעתים קרובות כמה מיקרומטר בגודל) להתמוסס לתוך הממטריקס. Quenching אז "freezes" הממטריקס במצב סופר-מעורר, מניעת הפחתת השלבים של coarse. זה supersaturation מספק את הכוח המניע עבור קנס, משקעים במהלך ההזדקנות.

דיכוי של שלבים בלתי צפויים

[ה], ה- Superalloys מבוסס ניקל רגישים להיווצרות של שלבים מתפתלים כגון שלבים ארוזים ב-TCP (למשל, sigma, Mu, Laves) ו- carbides מסוימים (למשל, MFLT:06FLT:1C, MFLT:223Falures) ו- 3.

השפעה על Grain Boundaries

גבולות Grain הם אתרים חשובים הן חיזוק וכישלון. במהלך הריצוף, שיעור הקירור יכול להשפיע על הפרדה של אלמנטים סגסוגת לגבולות דגנים. קירור איטי יכול לקדם היווצרות של מאגרי גבול דגנים רצופים, אשר יכול לשמש כאתרי סדקים.הגבול המהיר יותר קירור סגסוגת ולהפחית את עובי והמשך של קווי דגנים.בנוסף, nching יכול להציג רמה של גבול דגנים או מסגרת קירור על ידי "מתח" אשר יכול לשפר את עובי" על ידי מסגרת קירור.

שלב מפתח בסופרלפיוי מבוסס ניקל ותגובה לשאילתות

המבנה המיקרו של superalloys מבוסס ניקל מורכב ממספר שלבים נפרדים.Q. השפעות כל אחד בצורה מסוימת.

שלב גמא ( ⁇ )

⁇ הוא השלב הראשון חיזוק בסופראלוזיות רבות, המורכב ניראהפל:03030303REFLT:1(Al,Ti) במהלך טיפול פתרון, ⁇ מתמוסס. Quenching שומרת על אל ו- Ti בפתרון מוצק.בכמה ⁇ s, קוץ מהיר יכול להוביל להיווצרות של ⁇ משנית מעולה במהלך קירור אם שיעור הקירור אינו מספיק מהיר למשקעים אלה בדרך כלל למנוע ספוגים באופן קבוע, כי הוא מזיק יותר.

Gamma Double Prime ( ⁇ ) שלב

ב ⁇ כגון Inconel 718, שלב חיזוק העיקרי הוא ⁇ (NiFLT:030303FLT:1Nb), אשר יש מבנה tetragonal ממוקד גוף. ⁇ הוא metastable והוא יכול להפוך לשלב ⁇ יציב (NiFLT:2FLT 3Nb אוthhobicm) אם הוא חשוף לטמפרטורות איטיות יותר כדי לרפא חום.

פחמימות ושלבים סגורים-סגורים

(ב) , למשל: MC (primary carbides) הוקם במהלך ייצוב, MFLT:02303033 , 1CIRLT:26603FLT 3, ו MIRLT:46FLT:5C יכול להתמוסס חלקית במהלך טיפול פתרון, אשר יכול לשמש מאוחר יותר לצורה טובה, חומרים מועילים בגבולות דגנים: 5Fttle אם הם עלולים להיות מוקרן באופן חלקי, אם הם עלולים להיות מ- 6Fttle, אם כי הם עלולים להיות מ-Fttle, באופן חלקי, אם הם עלולים לגרום למחזור נמוך מדי, אם הם עלולים להיות מ- 10.

תכונות מכניות לאחר שאילתות

המדינה המיקרו-מבנהית מיד לאחר הנקה – לפני ההזדקנות – משפיעה על תגובת ⁇ להזדקנות מאוחרת ובסופו של דבר תכונותיה המכניות.

כוח ועוצמה

כמו-quenched superalloys הם לעתים קרובות יחסית רך ו ductile כי הממטריקס הוא פתרון מוצק על-טבעי ללא precipitates coherent. הקשיחות עולה מעט עם שיעורי קירור מהירים יותר בשל גודל דגנים דק יותר ו supersaturation גבוה יותר solute solute גבוה יותר, עם זאת, הכוח המלא מתפתח רק לאחר ההזדקנות הוא כי nch הנכון מבטיח כי המרחץ הנכון הוא כי הוא מוכן לצורה גבוהה של דחיסות גבוהה יותר של כוח עליון, אשר הוא גבוה יותר.

התנגדות

התנגדות Creep בטמפרטורות גבוהות מושפעת מאוד מהגודל, מורפולוגיה, והפצה של ⁇ precipitates. Quenching ממלא תפקיד עקיף על ידי שליטה על העליות ועל מצבה הראשוני של גבולות דגנים. quench מהיר מדכא סרטים גבול דגנים מקדם מצעים טובים והתנגדות לשבר בין-מחדש.

עייפות ונפיחות

חיי עייפות, במיוחד עייפות של מחזור נמוך, תלוי בנוכחות של הכללות, pores, ואת הזיה microstructural. Quenching יכול להציג מתחים שאריות, אשר אם Tenile, יכול להאיץ את סדקים.עם זאת, quench מבוקר כראוי כי מצמצם ⁇ תרמי יכול להפחית עיוות ומתח חי, שיפור ביצועים Fracture קשיחות הוא בדרך כלל גבוה יותר במיקרו-בת עם גבולות בסדר, נקיה על ידי דגנים יעילים.

המונחים: Quenching Outcome

מספר גורמים מקושרים קובעים האם תהליך הסינון יניב את המבנה המיקרובי הרצוי.

Alloy ו-Step Stability

שיעור הקירור הקריטי כדי לדכא שלבים לא רצויים משתנה עם סגסוגת. Alloys עם רמות גבוהות של אלומיניום, טיטניום או niobium - שלדים המהווים ⁇ או ⁇ -require קירור מהיר יותר כדי למנוע משקעים במהלך ה- quench. Refractory אלמנטים כגון tungsten, molybdenum, ו rhenium להגדיל את הנטייה כדי ליצור שלב TCPs, דורש קירור מהיר, שוב, ולכן הוא דורש קירור מהיר, כל פעם אחת, כל פעם.

טמפרטורות נוקשות ו-Hold Time

הטמפרטורה שממנה הסגסוגת היא נושאים מצופים.אם הטמפרטורה של הטיפול הפתרון גבוהה מדי, גידול דגנים מופרז עלול להתרחש, ואת התרמית התרמית מוגברת על quench יכול לגרום ריצוף או סדק.אם הקצוץ הוא יזמה מטמפרטורה נמוכה יותר, כמה שלבים אולי כבר חקוק.ה זמן התחזוקה בטמפרטורת פתרון חייב להיות מספיק כדי להשיג שלם אבל לא כל כך ארוך כדי לפירוק, בדרך כלל, עד 4 שעות.

גודל בולט וגיאומטריה

חלקים תקליים קרירים יותר במרכז מאשר על פני השטח.קירור שונה זה מוביל לוויריאציות מיקרו-מבנה דרך-תיקנות.במרכיבים גדולים, המרכז עשוי לחוות קצב קירור מתחת לערך הקריטי, וכתוצאה מכך משקעים במהלך quench ו coarser הסופי microstructural.טמפרטורת מתכת חייב להיות במעקב בקפידה, ואת quench טנק יכול לשפר אחידות. עבור ג'מטים מורכבים עם קירות דקים ו מקיפים, כדי להפחית את המיקרוגל (reicing).

פוסט-Quench Aging and Tempering

לאחר quenching, ⁇ בדרך כלל עובר אחד או יותר שלבים ההזדקנות לפתח את המבנה הסופי precipitate. מטריקס סופר רווי ממטרה מתכננת כדי ליצור ⁇ או ⁇ precipitates. את ה ניונקיה ואת הצמיחה של אלה precipitates להיות תלוי על ריכוז queed-in queed-in solute supersaturation מהר יותר, 000 זה יכול להיות אינטנסיבי יותר ויותר היתוך גבוה יותר, אבל הלחץ.

כמה superalloys לקבל תהליך ההזדקנות של שני שלבים: צעד טמפרטורה נמוך יותר כדי לנקות את טרמפטים קנס, ואחריו צעד טמפרטורה גבוה יותר לגדול אותם לגודל אופטימלי.מצב הסימון משפיע על הקינטיקה של שני השלבים.למשל, Inconel 718, טיפול ההזדקנות הסטנדרטי (720 מעלות צלזיוס ל 8 שעות, קריר ל 620C, להחזיק 8 שעות קירור) הוא זמן קירור מתוכנן לטמפרטורה נמוכה יותר (למשל, כלומר, הוא זמן קירור).

אופטימיזציה של יישומים תעשייתיים

quenching תעשייתי של superalloys מבוסס ניקל הוא איזון עדין בין השגת המיקרו-מבנה הרצוי ולהימנע עיוות, סדק, או מתח שאריות יתר. מודרני ואקום בשפע מצויד במערכות קירור גז בלחץ גבוה לאפשר שליטה מדויקת של שערי קירור על ידי התאמת לחץ גז וזרימה. כמה שיטות מתקדמות כוללות:

  • (FLT:0) ⁇ FLT:1 - קירור ראשון במדיום חם (למשל, אמבטיה מלח) לטמפרטורה רק מעל טווח הטרנספורמציה, ואז במהירות quenching כדי למנוע היווצרות שלב.
  • (FLT:0)Quench factoreurment AnalysisFLT:1 - שימוש בנתונים של עקומת קירור כדי לחזות תוצאות מיקרו-הוראה ולייעל את התהליך באמצעות מודלים.
  • (FLT:0) פובימר quקסםFLT:1) - אלה יכולים לייצר קירור ראשוני איטי יותר אשר מפחית אפקטים של שמיכה vapor, ואחריו קירור מהיר יותר, צמצום עיוות תוך כדי השגת השיעור הנדרש.

מהנדסים גם מסתמכים על כלים חישוביים כגון אלמנט סופי המדגם כדי לדמות פרופילי טמפרטורה וחלוקות מתח חיניות במהלך quenching. על ידי הפעלת פרמטרים קווינצ'ינג כמעט, יצרנים יכולים לפתח תהליכים חזקים המספקים מיקרו-אורגניזמים עקביים על פני קבוצות ייצור.

מסקנה

קונצ'ינג הוא הרבה יותר מאשר צעד קירור פשוט; זה השפעה מכרעת על האבולוציה המיקרו-מבנית של superalloys מבוסס ניקל.מנעולים קירור מהירים בפתרון מוצק על-טבעי, מדכאת שלבים לא רצויים, ומשלב את הבמה עבור הפרמטרים העצומים של התפלגות העל המספקת כוח עתיר, עמידות, ועייפות חיים.

(ב) לקריאה נוספת על טיפול חום על-על-פיולי ואופטימיזציה של תהליך הסימון, מתייחסת למשאבים טכניים מ-FLT:0ASM InternationalFLT:1 ו-FLT:2Minerals, Metals & Materials Society (TMS)BuildFLT 3: וכן הנחיות בתעשייה מ-FLT:5 ו-FLT6T.