Com altera el procés de treball en fred la resistència a la tracció i la ductilitat dels aliatges basats en níquel{0}?

El treball en fred, definit com la deformació plàstica d'aliatges basats en níquel-a temperatures inferiors a la seva temperatura de recristal·lització (normalment a temperatura ambient fins a 300 graus ), indueix canvis significatius en la microestructura dels aliatges, que al seu torn modifica la seva resistència a la tracció i la seva ductilitat en unrelació d'intercanvi-. A continuació es detallen els mecanismes i efectes específics:

1. Mecanismes de canvis microestructurals induïts pel treball en fred

El treball en fred altera la microestructura original uniforme i estable dels aliatges basats en níquel-a través de la deformació plàstica, donant lloc als canvis clau següents:

Multiplicació de la luxació i embolcall: Sota estrès extern, es generen un gran nombre de luxacions a l'interior dels grans d'aliatge. Aquestes luxacions es mouen i interaccionen entre si, formant cúmuls de dislocacions enredats, estructures cel·lulars o parets de dislocacions. Això crea una zona de dislocació d'alta-densitat que dificulta el moviment de dislocació posterior.

Distorsió i fragmentació del gra: Els grans equiaxials originals són allargats, aplanats o fins i tot fragmentats al llarg de la direcció de deformació, formant una microestructura fibrosa. Per als aliatges basats en níquel endurit-precipitació- (per exemple, Inconel 718), el treball en fred també pot provocar la deformació de les fases d'enfortiment (per exemple, la fase '') i la seva alineació al llarg de la direcció de deformació.

Efecte d'enduriment del treball: L'acumulació de dislocacions i la distorsió del gra augmenta l'energia interna de l'aliatge, donant lloc al fenomen d'enduriment per treball, que és el motiu principal del canvi en les propietats mecàniques.

2. Efecte sobre la resistència a la tracció: millora significativa

El treball en fred és un mètode eficaç per millorar la resistència a la tracció dels aliatges basats en níquel-, inclosa la resistència a la fluència i la resistència a la tracció final, mitjançant les vies següents:

Enfortiment de la luxació: Les luxacions enredades i les parets denses de luxació actuen com a obstacles al moviment de la luxació. Quan l'aliatge està sotmès a un esforç de tracció, es requereix una força addicional per superar aquests obstacles, donant lloc a un fort augment de la resistència elàstica. Per exemple, l'aliatge Inconel 625 laminat-en fred pot veure augmentar el seu límit elàstic entre un 50% i un 80% en comparació amb l'estat de recuit.

Enfortiment del refinament del gra (efecte secundari): El treball en fred intens pot fragmentar els grans gruixuts en subgrans fins. Segons la relació de Hall-Petch, els grans més petits signifiquen més límits de gra, que poden dificultar encara més el moviment de la luxació i contribuir a la millora de la força.

Enfortiment sinèrgic amb fases de precipitació: Per als aliatges basats en precipitació-níquel endurit-, el treball en fred afavoreix la precipitació uniforme de les fases d'enfortiment fins durant el tractament d'envelliment posterior. Aquestes fases fines cooperen amb les dislocacions per millorar encara més la resistència a la tracció. Per exemple, l'aliatge Monel K-500 estirat en fred-exhibeix una major resistència a la tracció després de l'envelliment que l'aliatge processat només amb l'envelliment.

El grau de millora de la força es correlaciona positivament amb eltaxa de reducció de treball en fred(és a dir, el percentatge de gruix o reducció de l'àrea de la-secció transversal després de la deformació). Les taxes de reducció més altes condueixen a una acumulació de dislocacions més significativa i una distorsió del gra, donant lloc a majors guanys de força.

3. Efecte sobre la ductilitat: reducció gradual

Tot i que millora la resistència, el treball en fred redueix inevitablement la ductilitat dels aliatges basats en níquel-, caracteritzats per una disminució de l'allargament i la reducció de l'àrea:

L'acumulació de luxació-va induir la fragilitat: Una alta densitat de luxacions enredades redueix la mobilitat de les luxacions dins dels grans. Durant la deformació per tracció, l'aliatge no pot experimentar una deformació plàstica suficient mitjançant el moviment de dislocació, provocant una fractura primerenca i un allargament reduït.

Iniciació de microesquerdes: El treball en fred intens pot provocar la formació de microesquerdes a les interfícies entre grans deformats o entre grans i fases d'enfortiment. Aquestes microesquerdes es propaguen ràpidament sota esforç de tracció, deteriorant encara més la ductilitat.

Efecte anisotropia: La microestructura fibrosa formada pel treball en fred fa que la ductilitat de l'aliatge sigui anisòtropa. La ductilitat al llarg de la direcció de deformació és relativament millor, mentre que la ductilitat perpendicular a la direcció de deformació disminueix significativament.

Val la pena assenyalar que la reducció de la ductilitat no és lineal. Quan la taxa de reducció de treball en fred és baixa (menys del 10%), la ductilitat disminueix lleugerament; quan la taxa de reducció supera el 30%, la ductilitat cau bruscament i l'aliatge tendeix a ser trencadís.

4. Recuperació i recristal·lització: revertir els canvis de propietat

Els canvis en la resistència a la tracció i la ductilitat causats pel treball en fred sónreversiblemitjançant processos de tractament tèrmic com la recuperació i la recristal·lització:

Recuperació: escalfar l'aliatge-treballat en fred a una temperatura inferior a la temperatura de recristal·lització elimina la tensió interna de l'aliatge sense canviar la microestructura fibrosa. Aquest procés redueix lleugerament la resistència i recupera una petita quantitat de ductilitat.

Recristal·lització: L'escalfament a la temperatura de recristal·lització (normalment 800-1100 graus per als aliatges basats en níquel-) permet la nucleació i el creixement de nous grans equiaxials, substituint la microestructura fibrosa deformada. Això elimina completament l'enduriment per treball, restaurant la ductilitat de l'aliatge a l'estat de recuit, mentre que la resistència a la tracció disminueix en conseqüència.

Resum

El treball en fred millora la resistència a la tracció dels aliatges basats en níquel- mitjançant l'enfortiment de la dislocació i l'enfortiment del refinament del gra, alhora que redueix la ductilitat a causa de l'embolic de la dislocació i la distorsió microestructural. L'abast dels canvis de propietat depèn de la taxa de reducció del treball en fred. A més, les propietats modificades es poden ajustar de manera flexible mitjançant un tractament tèrmic de recuperació o recristal·lització posterior per satisfer els requisits de propietats mecàniques de diferents aplicacions d'enginyeria.

Resistència a la tracció i ductilitat dels aliatges de níquel