1. Legering komposisjon design
Matriseforsterkende elementer
Elementer som f.ekskrom (Cr), molybden (Mo), wolfram (W), ogrhenium (Re)løses opp i nikkel (Ni) matrisen for å danne en substitusjonsfast løsning. Disse elementene har større atomradius enn Ni, noe som forårsaker alvorlig gitterforvrengning i matrisen. Denne forvrengningen øker motstanden mot dislokasjonsbevegelse og atomdiffusjon-to kjernemekanismer for krypdeformasjon. For eksempel kan Mo og W forbedre den høye-temperaturstyrken til matrisen betydelig på grunn av deres høye smeltepunkter og sterke faste-oppløsningsforsterkende effekter; Re kan redusere diffusjonshastigheten til atomer i matrisen, og derved forsinke krypdeformasjonsprosessen.
Nedbørsforsterkende elementer
Elementer som f.eksaluminium (Al)ogtitan (Ti)er de mest kritiske nedbørsforsterkende elementene i nikkel-baserte legeringer. De reagerer med Ni for å danne en koherent ordnet intermetallisk fase' (Ni₃(Al,Ti)), som er den primære forsterkningsfasen for krypemotstand. Volumfraksjonen, størrelsen og stabiliteten til 'fasen bestemmer direkte krypeytelsen til legeringen:
En høyvolumsfraksjon (30 %–70 % i nikkel-baserte superlegeringer) av fase kan effektivt blokkere bevegelsen av dislokasjoner i matrisen.
Fine og jevnt fordelte partikler har sterkere dislokasjonsfesteevne enn grove eller ujevnt fordelte partikler.
Fasen med god høy-temperaturstabilitet (f.eks. tilsetning av tantal (Ta) og niob (Nb) for å danne Ni₃(Al,Ti,Ta,Nb)) er ikke utsatt for overaldring eller oppløsning ved høye temperaturer, noe som sikrer langtids-krypemotstand.
Spor urenhet kontroll
Skadelige urenheter som f.ekssvovel (S), fosfor (P), ogbly (Pb)kan segregere ved korngrenser, redusere bindingsstyrken til korngrenser og akselerere intergranulær krypfraktur. Derfor er streng kontroll av urenheter (vanligvis under 0,01%) avgjørende for å sikre utmerkede krypeegenskaper.
2. Mikrostrukturegenskaper
Optimalisering av korngrensestruktur
Krypdeformasjon ved høye temperaturer er ofte ledsaget av korngrenseglidning, som er en av hovedårsakene til krypsvikt. Optimalisering av korngrensestruktur kan effektivt hemme denne oppførselen:
Styrking av korngrense: Legge til sporelementer som f.eksbor (B)ogzirkonium (Zr)kan segregere ved korngrenser, rense korngrenser og forbedre korngrensebindingsstyrke, og dermed redusere korngrenseglidning.
Kontinuerlig korngrensekarbidutfelling: Elementer som f.ekskarbon (C)reagere med Cr, Mo og W for å danneM₂₃C₆ellerMCkarbider, som utfelles kontinuerlig langs korngrensene for å danne et "korngrenseskjelett" og blokkere korngrensebevegelse.
Enkelt-krystall eller retningsbestemt struktur: For høy-nikkelbaserte superlegeringer- som brukes i turbinblader, eliminerer enkelt-- eller retningsstørknede prosesser tverrgående korngrenser, og unngår fundamentalt intergranulært krypbrudd og forbedrer krypelevetiden betydelig.
Styrking av fasemorfologi og distribusjon
Morfologien og fordelingen av 'fasen er avgjørende for krypmotstand. I godt-designede nikkel-baserte legeringer er '-fasen vanligvissfærisk eller kubiskog jevnt fordelt i matrisen. Denne morfologien kan maksimere pinningseffekten på dislokasjoner; hvis '-fasen blir nållignende- eller uregelmessig på grunn av feil varmebehandling, vil dens styrkende effekt reduseres betydelig. I tillegg er dannelsen av en/ ' eutektisk strukturi noen superlegeringer kan ytterligere øke krypemotstanden ved å hindre dislokasjonsutbredelse.
Matrise kornstørrelse kontroll
Effekten av matrisekornstørrelse på krypeegenskaper følgerHall-Petch-forholdmen er temperatur- og stressavhengig:
Ved lave temperaturer og høye påkjenninger: Fine korn kan forbedre krypemotstanden fordi korngrenser blokkerer dislokasjonsbevegelse.
Ved høye temperaturer og lave påkjenninger: Grove korn er mer fordelaktige fordi de reduserer det totale korngrensearealet og hemmer korngrenseglidning, som er den dominerende krypemekanismen under denne tilstanden.
3. Prosessteknologi
Varmebehandlingsprosess
Et rimelig varmebehandlingssystem (løsningsbehandling + aldringsbehandling) er nøkkelen til å oppnå optimal fasemorfologi og distribusjon:
Løsningsbehandling: Oppvarming av legeringen til en temperatur over 'faseoppløsningstemperaturen og holder den i en viss tid kan løse opp den grove' fasen inn i matrisen, og deretter kan hurtig avkjøling oppnå en overmettet fast løsning.
Aldringsbehandling: Å holde legeringen ved en spesifikk temperatur (vanligvis 700–1000 grader) i en viss tid kan utfelle fine og jevne faser, som spiller en nøkkelrolle i styrkingen. Fler-aldringsbehandling kan ytterligere optimalisere størrelsesfordelingen til 'fasen (f.eks. dobbel-størrelse ' partikler: grove partikler motstår dislokasjonsskjæring, fine partikler hindrer dislokasjonsbevegelse).
Støpe- og smiprosess
Smiingsprosess: Varmsmiing kan bryte de grove som-støpte kornene, foredle mikrostrukturen og eliminere støpefeil som porøsitet og segregering, og dermed forbedre jevnheten til krypeegenskapene.
Presisjonsstøping: Retningsbestemt størkning og enkeltkrystallstøpingsteknologier kan kontrollere kornvekstretningen, eliminere tverrgående korngrenser og er mye brukt i fremstillingen av høy-temperaturkomponenter med ekstreme krav til krypemotstand.
Overflatemodifikasjonsteknologi
Overflatebehandlinger som f.eksaluminiseringogkromiseringkan danne en tett oksidfilm på legeringsoverflaten, som ikke bare forbedrer høy-temperaturoksidasjonsmotstand, men også forhindrer overflateskader forårsaket av korrosive medier, og dermed indirekte opprettholder legeringens krypemotstand.
4. Servicemiljøbetingelser
Temperatur
Temperatur er den mest kritiske miljøfaktoren som påvirker kryp. Med økningen i temperaturen øker atomdiffusjonshastigheten i legeringen eksponentielt, dislokasjonsbevegelsesmotstanden avtar, og korngrenseglidningen er mer sannsynlig. Når temperaturen overstiger 0,5 ganger legeringens absolutte smeltepunkt, vil krypdeformasjonshastigheten øke kraftig, og krypetiden vil bli betydelig forkortet.
Stressnivå
Krypdeformasjonshastigheten er positivt korrelert med påført spenning. Under høye spenningsforhold er dislokasjonsbevegelsen i legeringen dominert av glidning, og krypdeformasjonshastigheten er rask; under lave spenningsforhold blir korngrenseglidning og atomdiffusjon de viktigste krypemekanismene, og deformasjonshastigheten er relativt langsom, men vil likevel føre til brudd over lang tid.
Etsende atmosfære
I bruksmiljøer som inneholder etsende medier (f.eks. oksidasjonsatmosfære med høy-temperatur, svovelholdig gass-, salttåke), vil legeringsoverflaten være korrodert og danne groper eller mikro-sprekker. Disse defektene vil bli spenningskonsentrasjonspunkter, akselerere initieringen og forplantningen av krypsprekker og redusere kryplevetiden.
