Einfluss auf die Wärmebeständigkeit von Legierungen
Einfluss der Korngröße auf die Kriechfestigkeit
Grobkörniger Stahl wies eine höhere Kriechfestigkeit auf als feinkörniger warmgewalzter Stahl. Hohe Temperaturen führen zur Rekristallisation der Legierung. Stahl mit grobkörnigem Gefüge hat eine bessere Kriechbeständigkeit. Die gleichen Ergebnisse wurden bei der Prüfung des Chrom-Nickel-Stahls 20X23n18 mit grober Körnung erzielt, der eine höhere Wärmebeständigkeit, aber eine geringere Duktilität aufweist. Im Segment der hitzebeständigen Stähle und Legierungen.
Einfluss der Korngröße auf die Hitzebeständigkeit
Die Festigkeitseigenschaften von feinkörnigen Legierungen sind bei niedrigen und Raumtemperaturen sehr hoch. Mit steigender Temperatur weisen grobkörnige Legierungen eine bessere Hitzebeständigkeit auf, haben aber keine ausreichende Duktilität. Dies gilt für Legierungen mit austenitischem und ferritischem Gefüge.
Einfluss von Fremdlegierungen auf die Wärmebeständigkeit
Es hat sich gezeigt, dass kleine Anteile von S, Pb, Bi, Sn, Sb die Wärmebeständigkeitseigenschaften stark verringern. Das Vorhandensein von zehntausendstel Blei in einer Nickel-Chrom-Titan-Legierung 75−20−2,5 Ti mit 0,7% Al verringert die Wärmebeständigkeit der Legierung erheblich. Während der Erstarrung der Legierung kristallisieren die feuerfesten Körner zuerst aus und die niedrigschmelzenden Verunreinigungen, die sich nicht auflösen, sammeln sich in den Grenzzonen an. Sie haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Gusslegierungen. Bei verformbaren Werkstoffen nimmt die Festigkeit mit steigender Temperatur ab… Es gibt jedoch eine Gruppe von Elementen (Wolfram, Molybdän, Niob, Bor), deren Zusatz in kleinen Mengen die Festigkeit der Grenzschichten erhöht. Zu berücksichtigen sind auch die möglichen Änderungen der Konzentration der Legierungselemente in der Grenzschicht nach der Diffusion oder der Bildung neuer Phasen, was zu einem Verlust der Wärmebeständigkeit und einer Verringerung der Duktilität führt. Unterschiede in der Korngröße wirken sich auf die Chromkarbidausscheidung an den Korngrenzen und auf die Neigung des Stahls zur interkristallinen Korrosion aus. Ähnliche Schwankungen der Mischkristallkonzentration an den Korngrenzen treten auch bei anderen Elementen auf.
Dispersionshärtung
Dieser Prozess steht in direktem Zusammenhang mit der Bildung von intermetallischen und Karbidphasen und ist korngrößenabhängig. Er tritt sehr stark in austenitischen Stählen auf, die bei hohen Temperaturen gehärtet werden und ein grobkörniges Gefüge aufweisen. Die gleichzeitige Wirkung von plastischer Verformung und hoher Temperatur beschleunigt die Dispersionshärtung.
Korngrößenverteilung des Materials
Alle hitzebeständigen Eigenschaften von hochlegierten Legierungen und Stählen werden durch mehrkörniges Material, in dem Kristalle mit feinen und groben Körnern gleichzeitig in der Probe vorhanden sind, stark beeinträchtigt. Ein solches Gemisch kann bei Produkten auftreten, die heiß gepresst werden, wenn das Metall kritischen Verformungsgraden ausgesetzt ist. Ein grobkörniges Gefüge entsteht durch die ungleichmäßige Abkühlung des Metalls während der Verformung. Proben mit einem einfachen Gefüge haben eine höhere Wärmebeständigkeit als solche mit einem mehrkörnigen Gefüge. Für die Legierung ZI437 bei t° 700 °C mit homogenem Gefüge und a=36 kG/mm2 beträgt die Dauer der Belastung bis zum Bruch = 72 Stunden. Die meisten Proben werden nicht vor 150−200 Stunden brechen. Wenn das Material eine heterogene Struktur aufweist, brechen die Proben innerhalb von 6−30 Stunden. Durch die genaue Einhaltung des Prägeverfahrens kann das Auftreten von Heterogenität in den Teilen verhindert werden. Multigranularität führt zu instabilen Eigenschaften und geringerer Hitzebeständigkeit.
Stanzen
Die meisten Proben weisen feine Brüche innerhalb der Korngrenzen auf. Im grobkörnigen Bereich treten die Risse häufiger auf. Die Studie zeigte, dass Lochfraß lange vor dem Versagen der Probe auftritt. Nach dem Auftreten der ersten Brüche nimmt die Lebensfähigkeit des Materials bei 700−800°C und einer Spannung von 36/15 kG/mm2 erheblich ab. Zunächst kommt es zu einem flachen Bruch an der Oberfläche des Metalls. Im Allgemeinen fällt die Bruchstelle nicht mit den ersten Rissen zusammen.
Die Gasumgebung
Es wurde vermutet, dass die Bildung von Rissen in der Legierung auf die Einwirkung von Gas zurückzuführen ist. Um dies zu überprüfen, wurde die Oberfläche mit einer 10 µm dicken Nickelschicht geschützt. Die Vernickelung der Proben wurde galvanisch durchgeführt. Bei der Prüfung wurde festgestellt, dass sich die Nickelrisse nicht von denen der nicht vernickelten Proben unterschieden.
Besonderheiten der Legierungsverarbeitung
Die Sauberkeit der Verarbeitung ist von großer Bedeutung und wurde durch Versuche bestätigt. Die Kerbbildung tritt aufgrund lokaler Spannungskonzentrationen früher auf. Das Makro- und Mikrogefüge wird durch die Verformungskräfte während der Warmumformung gebildet. Eine Überhitzung führt bei komplex legierten hitzebeständigen Legierungen zu einer Gefügevergrößerung sowie zu interkristalliner Oxidation und letztlich zu einem Verlust an Festigkeit. Daher muss die Produktionstemperatur streng eingehalten werden. Bei der Warmumformung unter Druck wird das Gefüge pulverisiert. Warmgewalztes Material hat ein feinkörniges Gefüge und einen gespannten Zustand. Wenn das Material gealtert wird, wird es widerstandsfähig gegen Hitzeschocks, verliert aber seine Hitzebeständigkeit bei sehr hohen Temperaturen. Dank eines optimierten Produktionsprozesses können feuerfeste Legierungen heute zum bestmöglichen Preis erworben werden.
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