Kerosakan Fasa Sigma dalam Keluli Tahan Karat Dupleks: Masa-Suhu-Keluk Kerpasan

Fasa sigma terbentuk dalam keluli tahan karat dupleks terpantas antara kira-kira 700 darjah dan 900 darjah , dengan lengkung -suhu{3}}masa (TTP) yang biasanya terletak sekitar 800–850 darjah - bermakna jalur sempit, bukan suhu yang lebih tinggi atau lebih rendah, adalah tempat yang paling cepat meresap, suhu yang lebih rendah. Pecahan sigma sekecil 1–3% mengikut isipadu boleh menyebabkan kejatuhan yang teruk dan tidak seimbang dalam keliatan hentaman dan rintangan kakisan pitting, itulah sebabnya mengawal masa yang dihabiskan dalam julat ini semasa mengimpal dan rawatan haba adalah keperluan fabrikasi yang ketat, bukan butiran proses kecil.

Keluli tahan karat dupleks memperoleh reputasinya - kekuatan tinggi, rintangan klorida yang sangat baik - daripada struktur mikro seimbang bahagian austenit dan ferit yang hampir sama. Baki itu rapuh pada suhu tinggi. Ditahan terlalu lama dalam tetingkap suhu yang salah, fasa ferit sebahagiannya berubah menjadi sebatian antara logam yang dipanggil fasa sigma, dan sifat aloi yang paling berharga runtuh. Artikel ini menerangkan tentang fasa sigma, rupa -suhu{6}}lengkung kerpasan masanya dan perkara yang perlu dilakukan oleh fabrikasi untuk mengelakkannya.

Apakah Fasa Sigma, dan Mengapa Ia Meruntuhkan Keluli Tahan Karat Dupleks?

Fasa sigma ialah sebatian antara logam yang keras dan rapuh yang kaya dengan kromium dan molibdenum yang terbentuk apabila ferit dalam keluli tahan karat dupleks terurai pada suhu tinggi - dan kerana ia menanggalkan kromium dan molibdenum daripada matriks sekeliling, ia merosakkan kedua-dua keliatan dan rintangan kakisan pada masa yang sama.

Fasa sigma terbentuk melalui tindak balas jenis-eutektoid di mana ferit terurai menjadi fasa sigma ditambah austenit sekunder. Ia secara keutamaan menukleus pada ferit-sempadan fasa austenit dan ferit-sempadan butiran ferit - selalunya didahului oleh intermetallic, fasa chi yang berkaitan, yang terbentuk dahulu pada ferit-sempadan ferit dan kemudiannya digunakan apabila fasa sigma berkembang.

Oleh kerana fasa sigma secara intrinsik keras dan rapuh, dan kerana pembentukannya menarik kromium dan molibdenum keluar daripada matriks sekeliling, ia mewujudkan dua masalah secara serentak: fasa sekunder rapuh secara fizikal yang terletak di sempadan bijian dan kawasan kromium/molibdenum-yang habis di sebelahnya yang jauh lebih terdedah kepada pengakisan setempat. Mekanisme kerosakan dwi inilah sebabnya kemerosotan fasa sigma dianggap sebagai risiko fabrikasi kritikal dan bukannya rasa ingin tahu metalurgi kosmetik.

Apakah yang Ditunjukkan oleh Lengkung-Suhu-Pemendakan (TTP) Masa untuk Fasa Sigma?

Lengkung TTP memplot suhu aloi dipegang pada tempoh masa yang diperlukan untuk jumlah fasa sigma tertentu untuk muncul, menghasilkan ciri lengkung berbentuk C-yang 'hidung'nya menandakan kerpasan terpantas mungkin - untuk keluli tahan karat dupleks, hidung itu biasanya terletak sekitar 800–850 darjah .

Penyelidik membina lengkung ini dengan menahan sampel anil penyelesaian-pada siri suhu tetap, kemudian mengukur jumlah fasa sigma yang telah terbentuk selepas masa penahanan yang berbeza, dari minit hingga lebih seribu jam. Diplot pada masa (skala log) berbanding paksi suhu, lengkung yang terhasil menyerupai "C" sisi: kerpasan adalah perlahan pada kedua-dua hujung tinggi dan rendah julat risiko, dan terpantas di tengah.

Kajian tentang keluli tahan karat dupleks UNS S31803 (2205) tempa telah mengenal pasti sigma puncak-kinetik pembentukan sekitar 850 darjah , dengan kerja TTP yang diterbitkan menjangkau masa penahanan sehingga 1,000 jam untuk mencirikan lengkung sepenuhnya. Kerja bebas pada gred dupleks tuang, gred super dupleks dan komposisi dupleks tanpa lemak secara konsisten meletakkan hidung lengkung dalam jalur umum 800–850 darjah yang sama, walaupun bentuk dan pemasaan yang tepat sedikit berubah dengan komposisi aloi.

Apakah Julat Suhu Yang Paling Berbahaya untuk Pembentukan Fasa Sigma?

Zon bahaya praktikal menjangkau kira-kira 700 darjah hingga 950 darjah merentasi gred dupleks dan super dupleks, dengan suhu tunggal paling berbahaya - kerpasan terpantas - dilaporkan secara konsisten sekitar 800–850 darjah .

Di luar jalur ini, gambar berubah: di bawah kira-kira 700 darjah , resapan cukup perlahan sehingga pembentukan sigma menjadi sangat lembap, walaupun pendedahan berpanjangan masih boleh membenarkannya, dan mekanisme peretasan suhu -yang lebih rendah - 475 darjah yang berasingan daripada penguraian spinodal ferit - sebaliknya menjadi risiko yang lebih relevan. Di atas kira-kira 950–1000 darjah , fasa sigma menjadi kurang stabil secara termodinamik dan cenderung untuk larut kembali ke dalam matriks, yang merupakan asas untuk penyepuhlindapan larutan sebagai rawatan haba pembetulan.

Sejauh manakah Fasa Sigma Kecil yang Diperlukan untuk Menyebabkan Masalah?

Jumlah yang sangat kecil - yang biasa disebut serendah 1% hingga 3% mengikut volum - sudah cukup untuk menyebabkan kejatuhan yang ketara dan tidak seimbang dalam keliatan hentaman, yang menjadikan kawalan fasa sigma luar biasa ketat berbanding dengan banyak kecacatan metalurgi yang lain.

Inilah perincian yang kebanyakannya mengejutkan jurutera yang baru menggunakan keluli tahan karat dupleks: fasa sigma tidak perlu terkumpul kepada pecahan yang besar sebelum ia menjadi berbahaya. Berbilang kajian bebas mengenai keluli tahan karat dupleks 2205 melaporkan bahawa kandungan sigma dalam digit tunggal rendah mengikut volum sudah mencukupi untuk menyebabkan kejatuhan keliatan yang ketara, dan lengkung tenaga impak menjejak rapat dengan bentuk lengkung kerpasan sigma itu sendiri - julat 800–850 darjah yang sama yang memendakan ketangguhan sigma yang terpantas juga ialah julat terpantas kesan penuaan yang menghasilkan kepantasan. Apabila masa penahanan dan kandungan sigma meningkat lagi, keliatan terus menurun, tetapi kejatuhan paling curam dan paling berbangkit berlaku lebih awal, pada pecahan pemeriksaan visual kasual boleh terlepas dengan mudah.

Adakah Fasa Sigma Juga Mencederakan Rintangan Kakisan, atau Hanya Keliatan?

Kedua-duanya. Kerpasan fasa sigma secara diukur merendahkan potensi pitting dan meningkatkan kerentanan kepada kakisan antara butiran dan pitting, kerana penyusutan kromium- dan molibdenum-di sekeliling setiap zarah sigma menjejaskan filem pasif di tempat yang paling diperlukan.

Akibat kakisan berikutan terus dari bagaimana fasa sigma terbentuk: apabila kromium dan molibdenum meresap ke dalam zarah sigma yang semakin meningkat, matriks yang mengelilingi serta-merta menjadi berkurangan secara setempat dalam unsur-unsur yang menstabilkan filem oksida pasif. Ujian elektrokimia pada keluli tahan karat dupleks berumur menunjukkan potensi penurunan apabila kandungan sigma meningkat, dengan rantau pasif mengecil dan akhirnya menjadi tidak stabil pada pecahan sigma yang lebih tinggi.

Lubang telah ditunjukkan sebagai nukleus secara keutamaan dalam zon tersusun -kromium ini mengelilingi zarah sigma, dan skala keterukan dengan kedua-dua amaun dan taburan sigma yang hadir - zarah sigma pekat dan kasar biasanya lebih merosakkan daripada pecahan volum yang sama yang tersebar dengan halus. Ringkasnya, komponen boleh gagal dalam ujian kakisan di kawasan kimpalan atau haba-yang sama di mana ia juga akan gagal dalam ujian hentaman.

Mengapa Kimpalan Meletakkan Keluli Tahan Karat Dupleks pada Risiko Fasa Sigma?

Haba-zon yang terjejas di sebelah kimpalan tidak dapat dielakkan melalui jalur bahaya 700–950 darjah semasa pemanasan dan penyejukan, dan berbilang pas kimpalan atau penyejukan interpass perlahan boleh mengumpul masa yang mencukupi dalam jalur itu untuk mendakan fasa sigma yang merosakkan walaupun apabila tiada satu laluan kelihatan terlalu panas.

Setiap pas kimpalan arka mencipta kecerunan suhu yang terpancar keluar dari kolam kimpalan, dan di suatu tempat di sepanjang kecerunan itu, logam asas secara ringkas berada dalam julat pembentukan-sigma. Satu hantaran pantas mungkin tidak berlama-lama di sana untuk menjadi masalah. Kimpalan-berbilang pas, input haba tinggi, kawalan suhu interpass yang tidak mencukupi atau penyejukan perlahan dalam bahagian tebal boleh memanjangkan masa yang dihabiskan dalam jalur bahaya melebihi apa yang dibenarkan oleh lengkung TTP aloi sebelum kandungan sigma yang merosakkan muncul. Inilah sebabnya mengapa prosedur kimpalan untuk keluli tahan karat dupleks menentukan input haba maksimum, suhu interpass terkawal dan - dalam kebanyakan kes - keperluan untuk penyejukan pantas melalui julat kritikal, dan bukannya membiarkan kadar penyejukan secara kebetulan.

Sejauh manakah Fasa Sigma Sebenarnya Membentuk - Minit, atau Jam?

Di bahagian hidung lengkung, fasa sigma yang boleh dikesan boleh mula terbentuk dalam masa kurang daripada dua jam, dan dalam sesetengah komposisi tuangan dan beraloi tinggi, dalam masa kira-kira 100 minit atau kurang - cukup pantas sehingga penyejukan kimpalan perlahan atau rawatan haba kimpalan-yang tidak dikawal dengan betul adalah risiko sebenar, bukan teori.

Data TTP yang diterbitkan untuk keluli tahan karat dupleks tuang CD3MN meletakkan hidung lengkung pada kira-kira 800 darjah dengan pembentukan sigma yang boleh dikesan bermula sekitar 100 minit masa penahanan. Kajian kinetik pada tempa 2205 melaporkan kinetik transformasi terpantas pada 850 darjah , dengan kajian pencirian penuh memanjangkan masa penahanan kepada lebih 1,000 jam untuk memetakan lengkung lengkap, termasuk kadar pembentukan yang jauh lebih perlahan di tepi jalur bahaya. Implikasi praktikalnya adalah tidak simetri: bahagian terpantas lengkung beroperasi pada skala masa kira-kira sejam hingga beberapa jam, yang berada dalam masa yang cukup lama untuk -kimpalan bahagian tebal atau kitaran relau yang tidak dikawal dengan betul boleh melalui julat suhu tersebut.

Apakah Kadar Penyejukan Yang Diperlukan Selepas Penyepuhan Penyelesaian untuk Mengelakkan Fasa Sigma?

Kadar penyejukan lebih cepat daripada kira-kira 0.25 K/s melalui julat pembentukan sigma-dilaporkan untuk menyekat pembentukan fasa sigma semasa penyejukan berterusan daripada larutan-suhu penyepuhlindapan, itulah sebabnya pelindapkejutan air atau paksa{3}}penyejukan udara - tidak perlahan, masih-penyejukan udara bagi bahagian keluli tahan karat dupleks} adalah amalan standard {{6} bahagian keluli tahan karat.

Penyepuhlindapan larutan pada suhu tinggi (biasanya melebihi kira-kira 1000–1050 darjah ) melarutkan sebarang fasa sigma sedia ada dan menetapkan semula -imbangan ferit austenit, tetapi faedahnya hanya dikekalkan jika penyejukan berikutnya melepasi julat pembentukan sigma-dengan cukup cepat untuk mengelakkan kerpasan baharu. Kajian transformasi-penyejukan-berterusan yang dibina bersama data TTP mengesahkan bahawa penyejukan yang cukup pantas - dengan ambang yang diterbitkan dalam julat kira-kira suku darjah Celsius sesaat - mengelakkan pembentukan sigma yang bermakna walaupun bahan yang sama akan mudah membentuk sigma jika dipegang secara isoterma dalam jalur bahaya. Inilah sebabnya mengapa komponen dupleks bahagian tebal-memerlukan pelindapkejutan yang agresif selepas penyepuhlindapan larutan: jisim sahaja boleh memperlahankan kadar penyejukan pada teras komponen di bawah ambang ini walaupun apabila permukaan menyejuk dengan cepat.

Bagaimanakah Fasa Sigma Dikesan dalam Komponen Selesai atau Dalam-Perkhidmatan?

Pemeriksaan metalografik dengan etsa terpilih kekal sebagai kaedah rujukan, tetapi teknik tidak merosakkan - termasuk kaedah magnetik dan elektrokimia yang mengeksploitasi sifat fasa sigma yang berbeza daripada ferit - semakin digunakan untuk menyaring komponen tanpa memotong sampel.

Metalografi: bahagian yang digilap dengan etchant terpilih mendedahkan morfologi dan pengedaran fasa sigma secara langsung, dan kekal sebagai standard untuk kuantiti pecahan-pasti.

Ujian impak: Ujian Charpy ialah penunjuk tidak langsung yang kuat, kerana lengkung tenaga impak menjejaki kandungan sigma dengan teliti dalam keluli tahan karat dupleks lama.

Kaedah magnetik dan elektromagnet: kerana fasa sigma adalah bukan-magnet manakala ferit adalah feromagnetik, pembentukannya secara terukur mengubah tindak balas magnet bahan, membolehkan pendekatan penapisan tidak musnah.

Ujian elektrokimia: polarisasi potensiodinamik boleh mengesan penurunan potensi pitting yang dikaitkan dengan sigma-penyusutan kromium dan molibdenum, memberikan skrin berasaskan kakisan-tidak langsung tetapi sensitif.

Untuk komponen fabrikasi kritikal, gabungan pendekatan - dan bukannya mana-mana ujian tunggal - memberikan gambaran yang paling boleh dipercayai, memandangkan kehilangan keliatan, kerentanan kakisan dan kandungan sigma yang diperhatikan secara langsung tidak sentiasa bergerak secara berkunci pada pecahan sigma yang sangat rendah.

Apakah yang Perlu Dilakukan oleh Fabrikasi untuk Mengelakkan Kecacatan Fasa Sigma?

Kawal input haba dan suhu interpass semasa kimpalan, sejukkan dengan pantas melalui julat 700–950 darjah selepas sebarang pendedahan suhu-tinggi, dan sahkan hasilnya dengan ujian impak dan bukannya bergantung pada pemeriksaan visual sahaja.

Tentukan dan kuatkuasakan suhu interpass maksimum dan had input haba dalam spesifikasi prosedur kimpalan, kerana ini mengawal secara langsung berapa lama zon-haba yang terjejas berada dalam jalur bahaya.

Gunakan penyejukan pantas - pelindapkejutan air atau paksa-penyejukan udara mengikut kesesuaian dengan ketebalan bahagian - selepas penyepuhlindapan larutan atau sebarang-kitaran haba suhu tinggi, dan bukannya membenarkan penyejukan udara-yang perlahan.

Kira ketebalan bahagian secara eksplisit: komponen tebal menyejuk lebih perlahan pada terasnya dan mungkin memerlukan pelindapkejutan yang lebih agresif untuk mencapai kadar penyejukan berkesan yang sama seperti bahagian nipis.

Memerlukan ujian impak Charpy pada rekod kelayakan prosedur dan, jika praktikal, pada kimpalan pengeluaran, kerana kehilangan keliatan adalah salah satu penunjuk paling sensitif pembentukan sigma permulaan.

Jika keadaan perkhidmatan melibatkan pendedahan berulang atau berpanjangan berhampiran jalur bahaya, nilai pemilihan aloi itu sendiri - sesetengah komposisi dupleks dan strategi pengaloian melambatkan pembentukan sigma dengan lebih berkesan daripada yang lain.

Soalan Lazim

Pada suhu apakah fasa sigma terbentuk paling cepat dalam keluli tahan karat dupleks?

Kebanyakan kajian -suhu{1}}masa yang diterbitkan meletakkan pembentukan sigma terpantas - 'hidung' lengkung - sekitar 800–850 darjah , walaupun nilai tepat berubah sedikit dengan komposisi aloi.

Berapa banyak fasa sigma berbahaya?

Mengejutkan sedikit. Pelbagai kajian melaporkan kehilangan keliatan yang besar daripada pecahan sigma dalam julat kira-kira 1% hingga 3% mengikut isipadu, sebelum fasa menjadi mudah dikesan tanpa pemeriksaan metalografi.

Adakah fasa sigma menjejaskan rintangan kakisan atau hanya keliatan mekanikal?

Kedua-duanya. Pembentukan fasa sigma menghabiskan kromium dan molibdenum daripada matriks sekeliling, yang boleh mengurangkan potensi pitting dan meningkatkan kerentanan kakisan antara butiran dan pitting, selain mengurangkan keliatan hentaman.

Bolehkah fasa sigma dikeluarkan setelah ia terbentuk?

Ya, secara amnya melalui penyepuhlindapan larutan pada suhu yang cukup tinggi (biasanya melebihi kira-kira 1000–1050 darjah ) diikuti dengan penyejukan pantas, yang melarutkan fasa sigma kembali ke dalam matriks dan memulihkan struktur mikro yang seimbang - dengan syarat penyejukan berikutnya cukup pantas untuk mengelakkan reformasi.

Mengapakah kimpalan menjadi punca fasa sigma yang paling biasa di lapangan?

Kerana haba-zon yang terjejas di sekeliling mana-mana kimpalan tidak dapat dielakkan melalui sigma-julat suhu pembentukan semasa pemanasan dan penyejukan, dan kimpalan berbilang-laluan atau input haba tinggi boleh mengumpul masa yang cukup dalam julat itu untuk mendakan kandungan sigma yang merosakkan.