Что такое дисперсионное твердение?
Дисперсионное твердение (также называемое упрочнением при старении или упрочнением осаждением) — это процесс термической обработки, который значительно увеличивает прочность и твердость сплава за счет образования мелких, равномерно распределенных частиц упрочняющей фазы в металлической матрице.
Объяснение в одном предложении: При термической обработке внутри металла осаждается множество мельчайших «упрочняющих частиц», которые действуют как гвозди, блокирующие движение дислокаций, тем самым делая металл прочнее.
Ресурс: Что такое дисперсионное твердение? Подробное руководство
Что такое дисперсионно-твердеющий суперсплав?
Дисперсионно-твердеющий суперсплав — это тип высокотемпературного сплава, прочность и сопротивление ползучести которого при повышенных температурах значительно улучшаются за счет дисперсионного твердения. Эти сплавы широко используются в аэрокосмической промышленности, газовых турбинах, ядерной промышленности и других областях, где требуются превосходные механические свойства и коррозионная стойкость при высоких температурах.
Основной принцип: Дисперсионное твердение повышает прочность и твердость сплава за счет выделения мелких и равномерно распределенных упрочняющих фаз (таких как фазы γ′ или γ″) в металлической матрице, которые препятствуют движению дислокаций.
Характеристики дисперсионно-твердеющих суперсплавов
- Отличная прочность при высоких температурах (применяется при температурах выше ~600°C)
- Хорошая стойкость к ползучести и долговременная прочность
- Превосходная стойкость к окислению и коррозии
- Более сложная обработка и термическая обработка
Типичные марки сплавов и их упрочняющие свойства
| Название сплава | Тип матрицы | Укрепление фазы(ов) | Возможности и приложения |
| Инконель 718 | На основе никеля | γ″ + γ′ (Ni₃Nb + Ni₃(Al,Ti)) | Типичное двухфазное дисперсионное упрочнение, отличная прочность, коррозионная стойкость и свариваемость; широко используется в аэрокосмической и энергетической промышленности. |
| Васпалой | На основе никеля | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Сильное γ′-упрочнение, более высокие высокотемпературные характеристики, чем у Inconel 718; используется в горячих секциях газовых турбин |
| Рене 41 | На основе никеля | γ′ | Отличная прочность при высоких температурах; используется в деталях турбин авиационных двигателей. |
| А-286 | На основе железа | γ′ (Ni₃(Al,Ti)) | Умеренная прочность с хорошей коррозионной стойкостью; используется для деталей конструкций, работающих при температуре ниже 600°C, таких как крепежные детали и корпуса турбин. |
| 17-4PH | На основе железа | Осадки, богатые Cu | Значительный эффект укрепления; широко используется в химической, морской и аэрокосмической промышленности. |
| Сплавы Co-Al-W | На основе кобальта | Co₃(Al,W) (структура L1₂) | Хорошая термостойкость и коррозионная стойкость; передовой исследовательский материал для экстремально высоких температур. |
Как Inconel 718 твердеет под воздействием атмосферных осадков?
Дисперсионное твердение Inconel 718 достигается путем старения при термической обработке, в результате чего внутри сплава образуются две основные упрочняющие фазы:
- γ″ (Ni₃Nb): первичная упрочняющая фаза, обеспечивающая высокотемпературную прочность
- γ′ (Ni₃(Al,Ti)): вторичная упрочняющая фаза, улучшающая общие свойства
Эти две фазы равномерно распределяются в матрице, блокируя движение дислокаций и значительно улучшая прочность, твердость и высокотемпературные характеристики Inconel 718.
Типовой процесс термической обработки с дисперсионным твердением для сплава Inconel 718:
1. Отжиг в растворе
- Температура: ~980°C (1800°F)
- Время: 1 час или дольше
- Назначение: Растворение карбидов и осадков с образованием пересыщенного твердого раствора.
- Охлаждение: Быстрое воздушное охлаждение
2. Двойная обработка старением
Это ключевой этап дисперсионного твердения Inconel 718:
- Первое старение
- Температура: ~720°C (1325°F)
- Продолжительность: 8 часов
- Охлаждение: Медленное охлаждение со скоростью около 55°C/ч до следующего этапа
- Второе старение
- Температура: ~620°C (1150°F)
- Продолжительность: 8 часов
- Охлаждение: Охлаждение воздухом до комнатной температуры
Этот процесс позволяет фазам γ″ и γ′ выделяться в оптимальном размере и распределении, что значительно повышает предел текучести и долговременную прочность.
Улучшение характеристик Inconel 718 после дисперсионного твердения
| Свойство | Состояние отжига раствора | Состояние дисперсионного твердения |
| Предел текучести | Низкий | Высокая (>1000 МПа) |
| Сопротивление ползучести | Бедный | Значительно улучшено |
| Усталостная прочность при высоких температурах | Умеренный | Отличный |
Все ли изделия из сплава Inconel 718 подвергаются дисперсионному твердению?
Не все изделия Inconel 718 поставляются в состоянии дисперсионного твердения; это зависит от предполагаемого использования, метода обработки и требований заказчика. Обычно существуют два состояния поставки:
| Состояние | Описание |
| Состояние отжига раствора | Обработан на твердый раствор, но не состаренный; более мягкий и пригодный для дальнейшей обработки или сварки |
| Состояние после старения (дисперсионно-твердеющее) | Полностью состаренный, с высокой прочностью, готовый к использованию |
Примеры применения Inconel 718
| Свойство | Типичное значение |
| Прочность на растяжение (Rm) | ≥ 1240 МПа |
| Предел текучести (Rp0.2%) | ≥ 1035 МПа |
| Удлинение (А5) | ≥ 12% |
| Твёрдость (по Роквеллу C) | 36 – 44 HRC |
| Ударная вязкость (с надрезом) | Высокий |
Термическая обработка: отжиг на твердый раствор + старение (дисперсионное твердение)
Инконель 718 Доступные формы
- Трубы и трубки (бесшовные и сварные)
- Кованые фланцы
- Фитинги (колено, тройник, переходник, заглушка)
- Плиты и листы
- Стержни, стержни и крепежи
Стандарты и спецификации
- ASTM B637, AMS 5662 / 5663
- UNS N07718, DIN 2.4668
- ИСО 15156 / NACE MR0175
- Одобрен Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением
Условия поставки Inconel 718 в соответствии с общими стандартами
Важные примечания:
- Одним из основных преимуществ сплава Inconel 718 является его превосходная свариваемость как в состоянии после отжига на твердый раствор, так и в состоянии после дисперсионного твердения.
- Такие стандарты, как ASTM B637, AMS 5662, AMS 5663, определяют, подвергаются ли материалы старению или обработке на твердый раствор при поставке.
- Производители часто поставляют продукцию в отожженном состоянии, а пользователи при необходимости выполняют окончательную термообработку старением.
| Стандарт | Название/Описание | Состояние материала | Применение / Замечания |
| АМС 5662 | Спецификация материалов для аэрокосмической отрасли | Раствор отожженный | Для механической обработки, сварки, промежуточной обработки перед старением |
| АМС 5663 | Спецификация материалов для аэрокосмической отрасли | Дисперсионно-твердеющий (состаренный) | Стандартное двойное старение, готово к эксплуатации |
| АМС 5832 | Спецификация сварочной проволоки | Раствор отожженной проволоки | Для сварки деталей из сплава Inconel 718 |
| ASTM B637 | Стандарт на поковки, прутки и т.д. | Различные состояния для каждого клиента | Включает состояния после отжига на твердый раствор, старения и горячей обработки. |
| API 6A CRA | Коррозионностойкие сплавы для нефтегазовой отрасли | Обычно отожженный раствор | Для устьевого оборудования, старение после сварки |
| УНС N07718 | Единая система нумерации | Только обозначение материала | Состояние зависит от ссылочного стандарта |
Краткое содержание
Дисперсионное твердение — это процесс термической обработки, который значительно увеличивает прочность и твердость сплавов путем выделения тонких упрочняющих фаз в металлической матрице. Дисперсионно-твердеющие суперсплавы используют этот механизм для улучшения высокотемпературных характеристик и широко используются в аэрокосмической промышленности, газовых турбинах и других сложных приложениях.
Inconel 718 — типичный дисперсионно-твердеющий суперсплав, повышение прочности которого в основном зависит от выделения двух упрочняющих фаз: γ″ (Ni₃Nb) и γ′ (Ni₃(Al,Ti)). Стандартная термическая обработка включает отжиг на твердый раствор с последующим двойным старением для достижения оптимального упрочнения.
Изделия из сплава Inconel 718 поставляются в отожженном на твердый раствор или в упрочненном на дисперсионном растворе (состаренном) состоянии в зависимости от области применения и требований заказчика. Состояние после отжига на твердый раствор пригодно для дальнейшей обработки и сварки, а состаренное состояние предназначено для конечного использования. Различные стандарты (например, AMS 5662 и AMS 5663) определяют состояние поставки соответствующим образом.
RU 
EN 
DE 
FA 
ID 
ES 
FR 
NL