Як підготувати матеріали, які зберігають дрібно-зернисту структуру за високих температур

Ключ до підготовки матеріалів для підтримки дрібнозернистої структури при високих температурах полягає у введенні дрібно розподілених атомів другої фази для закріплення меж зерен. Обробка та термічна обробка повинні контролюватися, щоб запобігти аномальному росту зерна під час експлуатації при високій температурі.

1. Металургійне та композиційне проектування: введення мікролегуючих елементів

Ti, Nb, V, Al: додавання цих елементів під час плавлення створює дуже стабільні карбіди (наприклад, TiC, NbC, VC) або нітриди (наприклад, AlN), які випадають в осад під час затвердіння та нагрівання, закріплюючи межі зерен.

W, Mo: покращує червону твердість і стійкість до розм’якшення сталі. Вони мають стабільні при високій температурі карбіди, які запобігають руху меж зерен.

Практична рекомендація: використовуйте мікролеговані або природно дрібно{0}}зернисті сталі, такі як H13+Ti та Al-Killed H13, за умови, що вміст критичних елементів знаходиться в межах указаних меж (наприклад, Ti більше або дорівнює 0,015%, Al більше або дорівнює 0,02%).

2. Процес порошкової металургії: отримання надтонкої оригінальної мікроструктури

PM-H13, ASP-23: використання підготовки порошку газовим розпиленням + гаряче ізостатичне пресування (HIP) дозволяє уникнути сегрегації в традиційних злитках, а мікроструктура однорідна з початковим розміром зерна 8-10.

Переваги: ​​дисперсія карбіду, сильна ізотропія та набагато кращий опір розвитку зерен, ніж звичайна лита та кована сталь.

Застосування: високоточні прес-форми для медичних та оптичних застосувань, підвищення довговічності понад 30%.

3. Подрібнення розміру зерна: термомеханічний контроль обробки

Регульована прокатка та охолодження (TMCP): під час кування або прокатки температура деформації та швидкість охолодження регулюються, що забезпечує численні деформації в аустенітній області та сприяє динамічній рекристалізації та зменшенню розміру зерна.

Ізотермічний відпал + швидке охолодження: уникайте повільного охолодження в печі, використовуйте повітряне охолодження або охолодження вітром, зменшуйте тривалість високо-температурного перебування, перешкоджайте агрегації та розвитку зерен.

Протипоказання: повільне охолодження або тривале витримування при високих температурах не допускається, щоб уникнути вторинної рекристалізації, що призводить до аномального огрубіння.

4. Проектування поверхні та композитної структури (напрям-переднього краю)

Керамічні матричні композити (CMC): наприклад, SiC/SiC, Al2O3/ZrO2, які не мають проблем із ростом зерна, можуть працювати при температурах понад 1400 градусів і підходять як вкладиші для сопел;

Метал-керамічні композитні конструкції. Використання керамічних ядер або покриттів у металевій матриці для покращення стабільності при високих температурах.