Quy trình gia công nguội thay đổi độ bền kéo và độ dẻo của hợp kim dựa trên niken- như thế nào?
1. Cơ chế thay đổi cấu trúc vi mô do gia công nguội gây ra
Trật khớp nhân và rối: Dưới áp lực bên ngoài, một lượng lớn sai lệch được tạo ra bên trong các hạt hợp kim. Các trật khớp này di chuyển và tương tác với nhau, tạo thành các cụm trật khớp rối rắm, các cấu trúc tế bào hoặc các bức tường trật khớp. Điều này tạo ra một vùng trật khớp có mật độ-cao cản trở chuyển động trật khớp tiếp theo.
Biến dạng và phân mảnh hạt: Các hạt cân bằng ban đầu bị kéo dài, dẹt hoặc thậm chí bị phân mảnh theo hướng biến dạng, tạo thành cấu trúc vi mô dạng sợi. Đối với các hợp kim dựa trên-niken cứng{2}}kết tủa (ví dụ: Inconel 718), gia công nguội cũng có thể gây ra biến dạng của các pha tăng cường (ví dụ: pha '') và sự sắp xếp của chúng dọc theo hướng biến dạng.
Hiệu ứng làm cứng: Sự tích tụ các sai lệch và biến dạng hạt làm tăng nội năng của hợp kim, dẫn đến hiện tượng hóa cứng, đây là nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự thay đổi tính chất cơ học.
2. Ảnh hưởng đến độ bền kéo: Cải thiện đáng kể
Tăng cường trật khớp: Các trật khớp rối rắm và các bức tường trật khớp dày đặc đóng vai trò là vật cản cho chuyển động trật khớp. Khi hợp kim chịu ứng suất kéo, cần có thêm lực để vượt qua những trở ngại này, dẫn đến cường độ năng suất tăng mạnh. Ví dụ: hợp kim Inconel 625 cán nguội-có thể thấy cường độ chảy của nó tăng 50%–80% so với trạng thái ủ.
Tăng cường sàng lọc hạt (tác dụng phụ): Gia công nguội mạnh có thể phân chia hạt thô thành hạt phụ mịn. Theo mối quan hệ Hall{1}}Petch, hạt mịn hơn có nghĩa là có nhiều ranh giới hạt hơn, điều này có thể cản trở hơn nữa chuyển động trật khớp và góp phần cải thiện độ bền.
Tăng cường hiệp đồng với các giai đoạn kết tủa: Đối với hợp kim dựa trên-niken cứng-kết tủa, gia công nguội thúc đẩy sự kết tủa đồng đều của các pha tăng cường mịn trong quá trình xử lý lão hóa tiếp theo. Những pha mịn này phối hợp với sự lệch vị trí để tăng cường hơn nữa độ bền kéo. Ví dụ: hợp kim Monel K-500 được kéo nguội-có độ bền kéo cao hơn sau khi lão hóa so với hợp kim chỉ được xử lý bằng lão hóa.
3. Ảnh hưởng đến độ dẻo: Giảm dần
Sự tích tụ sai lệch-gây ra độ giòn: Mật độ trật khớp rối cao làm giảm khả năng di chuyển của các trật khớp bên trong hạt. Trong quá trình biến dạng kéo, hợp kim không thể trải qua biến dạng dẻo đủ thông qua chuyển động trật khớp, dẫn đến gãy sớm và giảm độ giãn dài.
Bắt đầu vết nứt vi mô: Gia công nguội nghiêm trọng có thể gây ra sự hình thành các vết nứt nhỏ tại bề mặt tiếp xúc giữa các hạt bị biến dạng hoặc giữa các hạt và các giai đoạn tăng cường. Những vết nứt nhỏ này lan truyền nhanh chóng dưới ứng suất kéo, làm độ dẻo càng suy giảm.
Hiệu ứng dị hướng: Cấu trúc vi mô dạng sợi được hình thành khi gia công nguội làm cho độ dẻo của hợp kim trở nên dị hướng. Độ dẻo dọc theo phương biến dạng tương đối tốt hơn, trong khi độ dẻo vuông góc với phương biến dạng giảm đáng kể.
4. Phục hồi và kết tinh lại: Đảo ngược các thay đổi về đặc tính
Sự hồi phục: Làm nóng hợp kim được gia công nguội-đến nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh lại sẽ loại bỏ ứng suất bên trong của hợp kim mà không làm thay đổi cấu trúc vi mô dạng sợi. Quá trình này làm giảm sức mạnh một chút và phục hồi một lượng nhỏ độ dẻo.
Kết tinh lại: Gia nhiệt đến nhiệt độ kết tinh lại (thường là 800 độ –1100 độ đối với hợp kim gốc niken-) cho phép tạo mầm và phát triển các hạt cân bằng mới, thay thế cấu trúc sợi vi mô bị biến dạng. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn quá trình đông cứng, khôi phục độ dẻo của hợp kim về trạng thái ủ, đồng thời độ bền kéo giảm theo.
