Tfixkil tal-Fażi Sigma fl-Azzar Stainless Duplex: Ħin-Temperatura-Kurvi ta' Preċipitazzjoni

Il-fażi Sigma tifforma fi azzar inossidabbli duplex l-aktar mgħaġġla bejn bejn wieħed u ieħor 700 grad u 900 grad, bl-imnieħer tal-kurva tal-ħin-temperatura-preċipitazzjoni (TTP) tipikament tinsab madwar 800–850 grad - li jfisser li medda dejqa, mhux ogħla jew aktar baxxi temperaturi jseħħu l-aktar preċipitazzjoni ta 'ħsara, hija l-aktar ħsara. Frazzjoni sigma żgħira daqs 1-3% bil-volum tista 'tikkawża tnaqqis qawwi u sproporzjonat fit-toughness tal-impatt u r-reżistenza għall-korrużjoni tal-pitting, u huwa għalhekk li l-kontroll tal-ħin mgħoddi f'din il-medda waqt l-iwweldjar u t-trattament tas-sħana huwa rekwiżit strett ta' fabbrikazzjoni, mhux dettall minuri tal-proċess.

L-istainless steel duplex jikseb ir-reputazzjoni tiegħu - saħħa għolja, reżistenza eċċellenti għall-klorur - minn mikrostruttura bilanċjata ta 'partijiet bejn wieħed u ieħor indaqs austenite u ferrite. Dak il-bilanċ huwa fraġli f'temperatura elevata. Miżmuma wisq fit-tieqa tat-temperatura ħażina, il-fażi tal-ferrite tittrasforma parzjalment f'kompost intermetalliku msejjaħ fażi sigma, u l-proprjetajiet l-aktar siewja tal-liga kollass. Dan l-artikolu jispjega x'inhi l-fażi sigma, kif tidher il-kurva ta' preċipitazzjoni tagħha tal-ħin-temperatura-, u x'għandhom jagħmlu l-fabbrikanti biex jibqgħu barra minnha.

X'inhi l-Fażi Sigma, u għaliex l-Azzar li ma jsaddadx doppju tal-Embrittle?

Fażi Sigma hija kompost intermetalliku iebes u fraġli rikk fil-kromju u l-molibdenu li jifforma meta l-ferrite fl-istainless steel duplex jiddekomponi f'temperatura elevata - u minħabba li tneħħi l-kromju u l-molibdenu mill-matriċi tal-madwar, tagħmel ħsara kemm lill-ebusija kif ukoll lill-korrużjoni fl-istess ħin.

Il-fażi sigma tifforma permezz ta' reazzjoni tat-tip eutectoid-li fiha l-ferrite jiddekomponi f'fażi sigma flimkien ma' austenite sekondarja. Jinnuklea preferenzjali fil-konfini tal-fażi tal-ferrite-austenite u l-konfini tal-qamħ tal-ferrite-- spiss preċeduti minn fażi intermetallika relatata, chi, li tifforma l-ewwel fil-konfini tal-ferrite-ferrite u aktar tard tiġi kkunsmata hekk kif tikber il-fażi sigma.

Minħabba li l-fażi sigma hija intrinsikament iebsa u fraġli, u minħabba li l-formazzjoni tagħha tiġbed il-kromju u l-molibdenu 'l barra mill-matriċi tal-madwar, toħloq żewġ problemi fl-istess ħin: fażi sekondarja fiżikament fraġli bilqiegħda fil-konfini tal-qamħ, u kromju/molibdenu-reġjuni ħdejha li huma ferm aktar vulnerabbli għall-korrużjoni lokalizzata. Dan il-mekkaniżmu ta 'ħsara doppja huwa għaliex il-fraġilità tal-fażi sigma hija ttrattata bħala riskju ta' fabbrikazzjoni kritiku aktar milli kurżità metallurġika kożmetika.

X'Turi Kurva ta' Ħin-Temperatura-Preċipitazzjoni (TTP) għal Fażi Sigma?

Kurva TTP tpinġi t-temperatura li tinżamm liga kontra kemm iddum biex jidher ammont partikolari ta' fażi sigma, li tipproduċi kurva karatteristika f'forma ta' C-li l-'imnieħer' tagħha timmarka l-aktar preċipitazzjoni mgħaġġla possibbli - għall-istainless steel duplex, dak l-imnieħer tipikament joqgħod madwar 800–850 grad.

Ir-riċerkaturi jibnu dawn il-kurvi billi jżommu soluzzjoni-kampjuni ittemprati f'serje ta' temperaturi fissi, imbagħad ikejlu kemm iffurmat fażi sigma wara ħinijiet differenti ta' żamma, minn minuti għal aktar minn elf siegħa. Plottjat fuq żmien (skala log) kontra l-assi tat-temperatura, il-kurva li tirriżulta tixbaħ "C" tal-ġenb: il-preċipitazzjoni hija bil-mod kemm fit-tarf għoli kif ukoll baxx tal-firxa tar-riskju, u l-aktar mgħaġġla fin-nofs.

Studji dwar l-istainless steel duplex UNS S31803 (2205) maħdum identifikaw l-ogħla kinetika tal-formazzjoni ta' sigma-madwar 850 grad, b'xogħol TTP ippubblikat li jkopri ħinijiet ta' żamma sa u lil hinn minn 1,000 siegħa biex jikkaratterizzaw bis-sħiħ il-kurva. Xogħol indipendenti fuq gradi duplex fondut, gradi super duplex, u kompożizzjonijiet duplex dgħif iqiegħed b'mod konsistenti l-imnieħer tal-kurva fl-istess medda ġenerali ta '800-850 grad, minkejja li l-forma eżatta u l-ħin bidla kemmxejn mal-kompożizzjoni tal-liga.

Liema Firxa ta' Temperatura hija l-aktar perikoluża għall-formazzjoni tal-fażi Sigma?

Iż-żona ta' periklu prattika tifrex bejn wieħed u ieħor 700 grad sa 950 grad fuq gradi duplex u super duplex, bit-temperatura waħda l-aktar perikoluża - l-aktar preċipitazzjoni mgħaġġla - irrapportata b'mod konsistenti madwar 800–850 grad .

Barra minn din il-medda, l-istampa tinbidel: taħt bejn wieħed u ieħor 700 grad, id-diffużjoni hija bil-mod biżżejjed li l-formazzjoni tas-sigma ssir kajmana ħafna, għalkemm espożizzjoni fit-tul xorta tista 'tippermettiha, u mekkaniżmu ta' fragilità ta' temperatura aktar baxxa -grad - 475 separat mid-dekompożizzjoni spinodali tal-ferrite - minflok isir l-aktar riskju rilevanti. Fuq bejn wieħed u ieħor 950-1000 grad, il-fażi sigma ssir termodinamikament inqas stabbli u għandha t-tendenza li tinħall lura fil-matriċi, li hija l-bażi għall-ittemprar tas-soluzzjoni bħala trattament tas-sħana korrettiv.

Kemm il-Fażi Sigma Ftit tieħu biex tikkawża problema?

Ammont notevolment żgħir - komunement ikkwotat minn 1% sa 3% bil-volum - huwa biżżejjed biex jikkawża tnaqqis konsiderevoli u sproporzjonat fit-toughness tal-impatt, li huwa dak li jagħmel il-kontroll tal-fażi sigma strett mhux tas-soltu meta mqabbel ma 'ħafna difetti metallurġiċi oħra.

Dan huwa d-dettall li l-aktar jissorprendi lill-inġiniera ġodda għall-istainless steel duplex: il-fażi sigma m'għandhiex bżonn takkumula għal frazzjoni kbira qabel ma ssir perikoluża. Studji indipendenti multipli fuq l-istainless steel duplex 2205 jirrappurtaw li l-kontenuti sigma f'ċifri uniċi baxxi bil-volum huma diġà biżżejjed biex jikkawżaw kollass ta 'toughness immarkat, u li l-kurvi tal-enerġija tal-impatt jimxu mill-qrib mal-forma tal-kurva ta' preċipitazzjoni sigma innifisha - l-istess medda ta '800-850 grad li tippreċipita sigma l-aktar veloċiità hija wkoll l-aktar medda baxxa li tipproduċi r-reżistenza. Hekk kif iż-żmien taż-żamma u l-kontenut tas-sigma jiżdiedu aktar, it-toughness tkompli tiddegrada, iżda l-iktar waqgħa wieqaf u l-aktar konsegwenzjali jiġri kmieni, fi frazzjonijiet spezzjoni viżwali każwali tista 'faċilment titlef.

Il-Fażi Sigma Iweġġgħu wkoll ir-Reżistenza għall-Korrużjoni, jew Toughness biss?

It-tnejn. Il-preċipitazzjoni tal-fażi Sigma tnaqqas b'mod miżurabbli l-potenzjal tal-pitting u tgħolli s-suxxettibilità għall-korrużjoni intergranulari u tal-pitting, minħabba li t-tnaqqis tal-kromju- u tal-molibdenu-madwar kull partiċella sigma jimmina l-film passiv eżattament fejn huwa meħtieġ l-aktar.

Il-konsegwenza tal-korrużjoni ssegwi direttament minn kif tifforma l-fażi sigma: hekk kif il-kromju u l-molibdenu jinfirxu fil-partiċella sigma li qed tikber, il-matriċi tal-madwar immedjatament titnaqqas lokalment fl-elementi stess li jistabbilizzaw il-film tal-ossidu passiv. L-ittestjar elettrokimiku fuq azzar inossidabbli duplex antik juri li l-potenzjal ta 'pitting jonqos hekk kif il-kontenut ta' sigma jogħla, bir-reġjun passiv tidjieq u eventwalment isir instabbli fi frazzjonijiet sigma ogħla.

Il-fosos intwerew li jinnukleaw b'mod preferenzjali f'dawn iż-żoni ta' kromju-eżawriti madwar partiċelli sigma, u l-iskali ta' severità kemm bl-ammont kif ukoll bid-distribuzzjoni ta' sigma preżenti - partiċelli sigma oħxon u kkonċentrati huma tipikament aktar ta' ħsara mill-istess frazzjoni ta' volum imxerrda b'mod fin. Fil-qosor, komponent jista' jfalli test tal-korrużjoni eżattament fl-istess reġjun iwweldjat jew milqut bis-sħana-fejn jeħel ukoll test tal-impatt.

Għaliex l-Iwweldjar Poġġi l-Azzar Stainless Duplex f'Riskju tal-Fażi Sigma?

Iż-żona tas-sħana-affetwata ħdejn weldjatura tgħaddi inevitabbilment mill-faxxa ta' periklu ta' 700–950 grad kemm waqt it-tisħin kif ukoll it-tkessiħ, u passes multipli ta' weldjatura jew tkessiħ interpass bil-mod jistgħu jakkumulaw biżżejjed ħin f'dik il-faxxa biex jippreċipitaw fażi sigma ta' ħsara anki meta l-ebda pass wieħed ma jidher ovvjament imsaħħan iżżejjed.

Kull pass tal-iwweldjar bl-ark joħloq gradjent tat-temperatura li jirradja 'l barra mill-pool tal-weldjatura, u x'imkien tul dak il-gradjent, il-metall bażiku joqgħod fil-qosor fil-medda ta' formazzjoni sigma-. Pass wieħed mgħaġġel jista 'ma jdum hemm biżżejjed biex jimpurtah. Iwweldjar b'ħafna-passaġġ, dħul għoli ta 'sħana, kontroll inadegwat tat-temperatura interpass, jew tkessiħ bil-mod f'sezzjonijiet ħoxnin jista' kull wieħed jestendu l-ħin mgħoddi fil-faxxa tal-periklu ħafna aktar minn dak li tippermetti l-kurva TTP tal-liga qabel ma jidher kontenut ta 'sigma ta' ħsara. Din hija r-raġuni għaliex il-proċeduri tal-iwweldjar għall-istainless steel duplex jispeċifikaw l-input massimu tas-sħana, it-temperatura interpass ikkontrollata, u - f'ħafna każijiet - rekwiżit għal tkessiħ rapidu mill-medda kritika, aktar milli jħallu r-rata tat-tkessiħ għall-kumbinazzjoni.

Kemm Tajjeb il-Fażi Sigma Fil-fatt tifforma - Minuti, jew Sigħat?

Fl-imnieħer tal-kurva, il-fażi sigma li tista' tinqabad tista' tibda tifforma f'ħafna inqas minn sagħtejn, u f'xi kompożizzjonijiet fonduti u ligi ħafna, fi żmien bejn wieħed u ieħor 100 minuta jew inqas - malajr biżżejjed li tkessiħ bil-mod tal-weldjatura jew trattament tas-sħana wara -weldjatura kkontrollat ​​b'mod mhux xieraq huwa riskju reali, mhux teoretiku.

Id-dejta TTP ippubblikata għall-istainless steel duplex CD3MN fondut tpoġġi l-imnieħer tal-kurva f'madwar 800 grad b'formazzjoni ta 'sigma li tista' tinduna li tibda madwar 100 minuta ta 'ħin ta' żamma. Studji kinetiċi fuq wrought 2205 jirrappurtaw l-aktar kinetika ta 'trasformazzjoni mgħaġġla f'850 grad, bi studji ta' karatterizzazzjoni sħaħ li jestendu ħinijiet ta 'żamma għal aktar minn 1,000 siegħa biex immappjaw il-kurva sħiħa, inklużi r-rati ta' formazzjoni ħafna aktar bil-mod fit-truf tal-faxxa tal-periklu. L-implikazzjoni prattika hija asimmetrika: l-iktar parti mgħaġġla tal-kurva topera fuq skala ta' żmien ta' bejn wieħed u ieħor siegħa sa ftit sigħat, li hija sew fiż-żmien li weldjatura ta' sezzjoni -oħxon jew ċiklu tal-forn ikkontrollat ​​ħażin jista' jqatta' jgħaddi minn dik il-firxa tat-temperatura.

X'Rata ta' Tkessiħ hija Meħtieġa wara l-ittemprar tas-soluzzjoni biex tiġi evitata l-fażi Sigma?

Rati ta' tkessiħ aktar mgħaġġla minn bejn wieħed u ieħor 0.25 K/s permezz tal-firxa ta' formazzjoni sigma- huma rrappurtati li jrażżnu l-formazzjoni tal-fażi sigma waqt tkessiħ kontinwu mit-temperatura ta' ttemprar tas-soluzzjoni-, u huwa għalhekk li t-tifi tal-ilma jew it-tkessiħ tal--arja sfurzata - mhux bil-mod, xorta-tkessiħ tal-arja ta' sezzjonijiet ħoxnin hija prattika standard tal-istainless steel {{6} duplex.

Ittremprar tas-soluzzjoni f'temperatura għolja (tipikament 'il fuq minn bejn wieħed u ieħor 1000–1050 grad) iħoll kwalunkwe fażi sigma eżistenti u jerġa' jwaqqaf il-bilanċ tal-austenite-ferrite, iżda l-benefiċċju jiġi ppreservat biss jekk it-tkessiħ sussegwenti jgħaddi mill-medda ta' formazzjoni sigma-malajr biżżejjed biex jipprevjeni preċipitazzjoni ġdida. Studji ta'-tkessiħ-kontinwu ta' trasformazzjoni mibnija flimkien ma' dejta TTP jikkonfermaw li t-tkessiħ veloċi biżżejjed - b'limiti ppubblikati fil-medda ta' bejn wieħed u ieħor kwart ta' grad Celsius kull sekonda - jevita formazzjoni ta' sigma sinifikanti għalkemm l-istess materjal faċilment jifforma sigma jekk jinżamm iżotermali fil-faxxa ta' periklu. Dan huwa preċiżament għaliex il-komponenti duplex ta'-sezzjoni ħoxna jeħtieġu tkessiħ aggressiv wara t-ttemprar tas-soluzzjoni: il-massa waħedha tista' tnaqqas ir-rata tat-tkessiħ fil-qalba tal-komponent taħt dan il-limitu anki meta l-wiċċ jibred malajr.

Kif Tinstab il-Fażi Sigma f'Komponenti Lesti jew -Fis-Servizz?

Eżami metallografiku b'inċiżjoni selettiva jibqa' l-metodu ta' referenza, iżda tekniki mhux distruttivi - inklużi metodi manjetiċi u elettrokimiċi li jisfruttaw il-proprjetajiet distinti tal-fażi sigma mill-ferrite - qed jintużaw dejjem aktar biex jiġu skrinjati komponenti mingħajr ma jinqatgħu kampjuni.

Metallografija: sezzjonijiet illustrati b'etchants selettivi jiżvelaw il-morfoloġija u d-distribuzzjoni tal-fażi sigma direttament, u jibqgħu l-istandard għall-kwantifikazzjoni definittiva tal-volum-frazzjoni.

Ittestjar tal-impatt: L-ittestjar Charpy huwa indikatur indirett qawwi, peress li l-kurvi tal-enerġija tal-impatt isegwu mill-qrib il-kontenut sigma fl-istainless steel duplex antik.

Metodi manjetiċi u elettromanjetiċi: minħabba li l-fażi sigma mhix-manjetika filwaqt li l-ferrite hija ferromanjetika, il-formazzjoni tagħha tbiddel b'mod miżurabbli r-rispons manjetiku tal-materjal, u tippermetti approċċi ta 'screening mhux distruttivi.

Ittestjar elettrokimiku: il-polarizzazzjoni potenzjodinamika tista' tiskopri t-tnaqqis fil-potenzjal ta' pitting assoċjat ma' tnaqqis ta' kromju u molibdenu relatat mas-sigma-, li jipprovdi skrin bbażat fuq korrużjoni indiretta iżda sensittiva-.

Għal komponenti kritiċi fabbrikati, taħlita ta' approċċi - aktar milli kwalunkwe test wieħed - tagħti l-aktar stampa affidabbli, peress li t-telf ta' toughness, is-suxxettibilità għall-korrużjoni, u l-kontenut ta' sigma osservat direttament mhux dejjem jiċċaqilqu fil-pass fi frazzjonijiet sigma baxxi ħafna.

X'għandhom jagħmlu l-fabbrikanti biex jipprevjenu t-tfixkil tal-fażi Sigma?

Ikkontrolla l-input tas-sħana u t-temperatura ta 'interpass waqt l-iwweldjar, kessaħ malajr permezz tal-medda ta' 700–950 grad wara kwalunkwe espożizzjoni ta 'temperatura għolja-, u vverifika r-riżultat b'testjar tal-impatt aktar milli tiddependi fuq spezzjoni viżwali biss.

Speċifika u infurza l-limiti massimi tat-temperatura interpass u l-input tas-sħana fl-ispeċifikazzjoni tal-proċedura tal-iwweldjar, peress li dawn jikkontrollaw direttament kemm iż-żona affettwata tas-sħana{0}}għammar fil-faxxa tal-periklu.

Uża tkessiħ rapidu - tkessiħ tal-ilma jew tkessiħ-sfurzat tal-arja kif xieraq għall-ħxuna tas-sezzjoni - wara ttemprar tas-soluzzjoni jew kwalunkwe ċiklu termali ta'-temperatura għolja, aktar milli tħalli tkessiħ bil-mod u kwiet-l-arja.

Ikkunsidra l-ħxuna tas-sezzjoni b'mod espliċitu: komponenti ħoxnin jiksħu aktar bil-mod fil-qalba tagħhom u jistgħu jeħtieġu tkessiħ aktar aggressiv biex jiksbu l-istess rata effettiva ta 'tkessiħ bħal sezzjonijiet irqaq.

Teħtieġ ittestjar tal-impatt Charpy fuq rekords ta 'kwalifika tal-proċedura u, fejn prattiku, fuq weldjaturi tal-produzzjoni, peress li t-telf ta' toughness huwa wieħed mill-indikaturi l-aktar sensittivi tal-formazzjoni ta 'sigma inċipjenti.

Fejn il-kundizzjonijiet tas-servizz jinvolvu espożizzjoni ripetuta jew fit-tul ħdejn il-faxxa ta' periklu, evalwa l-għażla tal-liga nfisha - xi kompożizzjonijiet duplex u strateġiji ta' liga jdewmu l-formazzjoni tas-sigma b'mod aktar effettiv minn oħrajn.

Mistoqsijiet Frekwenti

F'liema temperatura tifforma l-fażi sigma l-aktar mgħaġġla fl-istainless steel duplex?

L-aktar studji ppubblikati dwar il-ħin-temperatura-preċipitazzjoni jpoġġu l-aktar formazzjoni mgħaġġla ta' sigma - l-'imnieħer' tal-kurva - madwar 800–850 grad , għalkemm il-valur eżatt jinbidel kemmxejn mal-kompożizzjoni tal-liga.

Kemm il-fażi sigma hija perikoluża?

Sorprendentement ftit. Studji multipli jirrappurtaw telf ta 'toughness konsiderevoli minn frazzjonijiet sigma fil-medda ta' bejn wieħed u ieħor 1% sa 3% bil-volum, ħafna qabel il-fażi ssir faċli biex tinstab mingħajr eżami metallografiku.

Il-fażi sigma taffettwa r-reżistenza għall-korrużjoni jew it-toughness mekkaniku biss?

It-tnejn. Il-formazzjoni tal-fażi Sigma tnaqqas il-kromju u l-molibdenu mill-matriċi tal-madwar, li tnaqqas b'mod kejl il-potenzjal tal-pitting u tgħolli s-suxxettibilità tal-korrużjoni intergranulari u tal-pitting, minbarra li tnaqqas it-toughness tal-impatt.

Tista' titneħħa l-fażi sigma ladarba tkun iffurmata?

Iva, ġeneralment permezz ta 'ttemprar ta' soluzzjoni f'temperatura għolja biżżejjed (komunement 'il fuq minn bejn wieħed u ieħor 1000-1050 grad) segwit minn tkessiħ rapidu, li jxolji l-fażi sigma lura fil-matriċi u jerġa 'jġib il-mikrostruttura bilanċjata - sakemm it-tkessiħ sussegwenti jkun mgħaġġel biżżejjed biex jipprevjeni r-riforma.

Għaliex l-iwweldjar huwa l-aktar kawża komuni tal-fażi sigma fil-qasam?

Minħabba li ż-żona milquta tas-sħana-madwar kwalunkwe weldjatura inevitabbilment tgħaddi mill-firxa tat-temperatura tal-formazzjoni sigma- waqt it-tisħin u t-tkessiħ, u l-iwweldjar b'ħafna-passaġġ jew input ta 'sħana għolja jistgħu jakkumulaw biżżejjed ħin f'dik il-medda biex jippreċipita kontenut sigma ta' ħsara.