آلیاژهای استلایت- بخش سوم: سختی و خواص مکانیکی
اغلب آلیاژهای استلایت (آلیاژهای استلایت کم کربن) سختی بسیار زیادی (HRC63-40) دارند، زیرا شامل مقادیر زیادی از کاربیدهای سخت و مقاوم به سایش همراه با محلول جامد هستند که آن ها را در شرایط سایش بسیار مناسب کرده است. آلیاژهای استلایت سختی خود را در دماهای بیشتر از ℃760 حفظ می کنند.
آلیاژهای استلایت مدول یانگ و استحکام کششی بالایی دارند، اما افزایش طول آن ها بسیار کم است، به دلیل ماهیت ریزساختار آن ها است. حضور مقادیر زیاد کاربیدها موجب ترد شدن آلیاژ می شود، اما در آلیاژهای استلایت با مقدار کربن کم (یعنی آلیاژهای استلایت استحکام دهی شده با محلول جامد) انعطاف پذیری بهتر است. نیاز به استحکام مکانیکی زیاد برای آلیاژهای استلایت اصولا با اندازه گیری خواص کششی زمان کوتاه، تغییرشکل خزشی یا خواص تنش گسیختگی-ماده تحت تن و دمای ثابت نگه داشته می شود و نرخ تغییر شکل به صورت پیوسته در دوره چند ساعته تا زمان شکست بررسی می شود- ارزیابی می شود. بخشی از استحکام آلیاژهای استلایت از طریق محلول جامد و بخشی از آن توسط رسوب کاربیدها تامین می شود. مورفولوژی و موقعیت رسوب کاربیدها اثر استحکام بخشی قابل توجهی دارد، برای بهینه سازی خواص باید کاربیدها در مرزدانه و در داخل دانه رسوب کنند. در مرزدانه ها رسوبات مانع از لغزش خشک و مهاجرت مرزدانه ها می شود و هنگامی که مقادیر کافی آن به صورت شبکه استخوانی تشکیل می شود از تنش وارده به زمینه حفاظت می کنند. رسوبات درون دانه ای مانند مانع در برابر حرکت نابجایی ها عمل می کنند و مانع از لغزش کریستالی می شوند. اصولا توزیع کاربیدها در هر آلیاژی با شرایط انجمادی تعیین می شود-دمای مذاب ریزی و نرخ سرد کردن در حین و بعد از انجماد بسیار مهم است.
خواص کششی زمان کوتاه آلیاژهای استلایت مربوط به شرایط تولید قطعه است- کار سرد یا گرم تاثیر زیادی بر انعطاف پذیری دارد. خواص وابسته به شکل و تاریخچه حرارتی ماده بسیار مهم است. به عنوان مثال، برای استلایت 21 در شکل 1 نشان داده شده است. در شرایط ریخته گری، افزایش طول حدود %8 در دمای اتاق است و با افزایش دما به طور پیوسته زیاد می شود. بعد از آن که آلیاژ برای 50 ساعت در دمای ℃732 پیرسازی می شود، سخت گردانی با رسوب کاربید موجب کاهش افزایش طول در دمای اتاق تا حدود %2-1 می رسد و بازیابی انعطاف پذیری فقط در دمای بالای دمای پیرسازی امکان پذیر است. آلیاژهای کار شده معمولا افزایش طول کششی بهتری نسبت به آلیاژهای ریختگی دارند. انعطاف پذیری زیاد آن ها را برای تولید ورق های فلزی با روش شکل دهی سرد و گرم مناسب کرده است.
خواص کششی استلایت 21- استحکام کششی
خواص کششی استلایت 21- افزایش طول
شکل 1: خواص کششی استلایت 21
آلیاژهای استلایت سخت گردانی رسع در اثر کار سرد دارند، زیرا ترکیب شیمیایی آن ها کاملا پایدار نیست و استحاله fcc به hcp به سرعت اتفاق می افتد. این رفتار برای آلیاژهای استحکام دهی شده با محلول جامد (آلیاژهای استلایت با مقدار کربن کم)-استلایت 25 (%1/0 کربن و %10 نیکل، وزنی) و استلایت 188 (%1/0کربن و %22 کروم، وزنی) در شکل 2 رسم شده است، با آلیاژ پایه نیکل نیستل 625 مقایسه شده است.
شکل 2: رفتار کار سختی آلیاژهای استلایت و پایه نیکل.
از طرف دیگر، خصوصیات سخت گردانی استلایت 188 به دلیل مقدار نیکل زیاد پایدار است، بسیار شبیه به آلیاژ نیستل 625 است. همانطور که انتظار می رود، واکنش سخت گردانی در مقادیر استحکام تسلیم خود را نشان می دهد (شکل 3).
شکل 3: استحکام تسلیم %0/2 دمای اتاق در برابر کار سرد آلیاژهای استلایت و پایه نیکل.
جالب توجه است که مقادیر پسماند انعطاف پذیری برای آلیاژهای استلایت بیشتر از آلیاژهای پایه نیکل است (شکل 4).
شکل 4: افزایش طول کششی دمای اتاق دربرابر کار سرد برای آلیاژهای مختلف استلایت و پایه نیکل.
اطلاعات نشان می دهد که آلیاژهای پایه کبالت با ترکیب شیمیایی نیمه پایدار نیروی بیشتری در حین عملیات شکل دهی نیاز دارند و آلیاژهای با ترکیب شیمیایی پایدار خصوصیات شکل دهی مشابه با آلیاژهای نیکل دارند. استلایت 6 خواص خستگی حرارتی بهتر از فولاد ابزار گرم کار 33CrMoV32X دارد. مقاومت به اکسیداسیون و نرم شدن حرارتی بهتری نیز دارد (شکل 5 و 6). از این رو، مقاومت بسیار خوبی به ترک خوردن خستگی حرارتی و حتی ایجاد ترک های کوچک و کم عمق تا 5000 چرخه حرارتی دارد.
شکل 5:تغییرات وزن در نمونه های مختلف فولاد، استلایت و اینکونل.
شکل 6: تغییرات سختی بر اساس تعداد چرخه خستگی حرارتی در نمونه های فولادی، استلایت و اینکونل.
