1. Дизајн композиције легуре
Елементи за јачање матрице
Елементи као што сухром (Цр), молибден (Мо), волфрам (В), иренијум (Ре)раствара се у матрици никла (Ни) да би се формирао супституциони чврсти раствор. Ови елементи имају веће атомске радијусе од Ни, узрокујући озбиљно изобличење решетке у матрици. Ово изобличење повећава отпорност на кретање дислокација и атомску дифузију-два основна механизма деформације пузања. На пример, Мо и В могу значајно да побољшају -температурну чврстоћу матрице због својих високих тачака топљења и снажних ефеката јачања чврстог- раствора; Ре може смањити брзину дифузије атома у матрици, чиме се одлаже процес деформације пузања.
Елементи за јачање падавина
Елементи као што суалуминијум (Ал)ититанијум (Ти)су најкритичнији елементи за ојачавање падавина у легурама на бази никла-. Они реагују са Ни да би формирали кохерентну уређену интерметалну фазу' (Ни₃(Ал,Ти)), што је примарна фаза јачања отпорности на пузање. Запремински удео, величина и стабилност ' фазе директно одређују учинак пузања легуре:
Велика запреминска фракција (30%–70% у суперлегурама на бази никла-) ' фазе може ефикасно да блокира кретање дислокација у матрици.
Фине и равномерно распоређене честице имају јачу способност причвршћивања дислокација од грубих или неравномерно распоређених.
Фаза ' са добром високо-температурном стабилношћу (нпр. додавањем тантала (Та) и ниобијума (Нб) да би се формирао Ни₃(Ал,Ти,Та,Нб)) није склона старењу или растварању на високим температурама, што обезбеђује дугорочну-отпорност на пузање.
Контрола нечистоћа у траговима
Штетне нечистоће као нпрсумпор (С), фосфор (П), иолово (Пб)могу да се сегрегирају на границама зрна, смањујући чврстоћу везивања граница зрна и убрзавајући интергрануларни лом пузања. Због тога је строга контрола садржаја нечистоћа (обично испод 0,01%) неопходна да би се обезбедила одлична својства пузања.
2. Карактеристике микроструктуре
Оптимизација структуре границе зрна
Деформација пузања на високим температурама често је праћена клизањем границе зрна, што је један од главних узрока отказивања пузања. Оптимизација структуре границе зрна може ефикасно инхибирати ово понашање:
Јачање граница зрна: Додавање елемената у траговима као што субор (Б)ицирконијум (Зр)могу да се сегрегирају на границама зрна, пречисте границе зрна и побољшају чврстоћу везивања граница зрна, чиме се смањују клизање границе зрна.
Континуирано таложење карбида на граници зрна: Елементи као што суугљеник (Ц)реагују са Цр, Мо и В и настајуM₂₃C₆илиМЦкарбиди, који се непрекидно таложе дуж граница зрна да би формирали "костур границе зрна" и блокирали кретање границе зрна.
Структура од једног-кристала или усмерено учвршћена: За суперлегуре на бази никла-са високим перформансама-које се користе у лопатицама турбина, монокристални или усмерени процеси очвршћавања елиминишу попречне границе зрна, у основи избегавајући међугрануларни лом пузања и значајно побољшавајући животни век пузања.
Јачање фазне морфологије и дистрибуције
Морфологија и дистрибуција ' фазе су од кључне важности за отпорност на пузање. У добро-дизајнираним легурама на бази никла-, фаза је обичносферни или кубоиднии равномерно распоређени у матрици. Ова морфологија може максимизирати ефекат причвршћивања на дислокације; ако ' фаза постане игличаста-или неправилна због неправилне термичке обраде, њен ефекат јачања ће бити значајно смањен. Поред тога, формирање а/ ' еутектичка структурау неким суперлегурама може додатно повећати отпор пузања ометајући ширење дислокације.
Контрола величине зрна матрице
Ефекат величине зрна матрице на својства пузања пратиХол{0}}Петчев односали зависи од температуре и стреса:
При ниским температурама и високим напрезањима: Фина зрна могу побољшати отпорност на пузање јер границе зрна блокирају кретање дислокације.
При високим температурама и ниским напонима: Крупна зрна су повољнија јер смањују укупну граничну површину зрна и инхибирају клизање границе зрна, што је доминантан механизам пузања под овим условима.
3. Технологија обраде
Процес топлотне обраде
Разуман систем топлотне обраде (третман раствором + третман старењем) је кључ за добијање оптималне морфологије и дистрибуције фазе:
Третман раствором: Загревање легуре на температуру изнад 'температуре фазног растварања и држање одређеног времена може да раствори грубу' фазу у матрици, а затим брзо хлађење може да добије презасићени чврсти раствор.
Третман старења: Држање легуре на одређеној температури (обично 700-1000 степени) одређено време може исталожити фине и уједначене ' фазе, које играју кључну улогу у јачању. Вишестепени третман старења може додатно оптимизовати дистрибуцију величине „фазе“ (нпр. честице двоструке-величине: грубе честице одолијевају сечењу дислокација, фине честице ометају кретање дислокације).
Процес ливења и ковања
Процес ковања: Вруће ковање може да разбије грубо као-ливено зрно, да побољша микроструктуру и елиминише дефекте ливења као што су порозност и сегрегација, чиме се побољшава уједначеност особина пузања.
Прецизно ливење: Технологије усмереног очвршћавања и ливења једног{0}}кристала могу да контролишу правац раста зрна, елиминишу попречне границе зрна и широко се користе у припреми високо-компоненти са екстремним захтевима за отпорност на пузање.
Технологија модификације површине
Површински третмани као нпралуминијумовањеихромирањемогу да формирају густ оксидни филм на површини легуре, који не само да побољшава-отпорност на оксидацију при високим температурама, већ и спречава оштећење површине изазвано корозивним медијумом, чиме се индиректно одржава отпорност легуре на пузање.
4. Услови услужног окружења
Температура
Температура је најкритичнији фактор животне средине који утиче на пузање. Са повећањем температуре, брзина атомске дифузије у легури расте експоненцијално, отпор кретања дислокација се смањује, а већа је вероватноћа да ће доћи до клизања границе зрна. Када температура пређе 0,5 пута апсолутну тачку топљења легуре, брзина деформације пузања ће се нагло повећати, а животни век пузања ће бити значајно скраћен.
Ниво стреса
Брзина деформације пузања је у позитивној корелацији са примењеним напоном. У условима високог напрезања, кретањем дислокације у легури доминира клизање, а брзина деформације пузања је велика; под условима ниског напрезања, клизање по граници зрна и атомска дифузија постају главни механизми пузања, а брзина деформације је релативно спора, али ће и даље довести до лома током дужег временског периода.
Корозивна атмосфера
У радним окружењима која садрже корозивне медије (нпр. оксидациона атмосфера са високом{2}температуром, гас који садржи сумпор-, солна магла), површина легуре ће бити кородирана, формирајући удубљења или микро-пукотине. Ови дефекти ће постати тачке концентрације напона, убрзавајући покретање и ширење пузајућих пукотина и смањујући животни век пузања.
