Никелови сплави

Никеловите сплави, поради тяхната отлична устойчивост на корозия и устойчивост при висока температура, са широко използвани в критични индустриални приложения. Въпреки това, заваряването на тези сплави поставя няколко предизвикателства поради техния химичен състав и физични свойства. Заваряването на никелови сплави изисква внимателно разглеждане на параметрите на процеса и избора на подходящи пълнежни материали, за да се намалят рисковете от вредни ефекти като горещо напукване, нарушения на втвърдяването и прекомерно втвърдяване на зоната, засегната от топлина (HAZ). Едно от основните опасения при заваряване на никелови сплави е тенденцията заваръчният метал да бъде чувствителен към горещи пукнатини. Това е така, защото никеловите сплави имат висок афинитет към сярата, което може да доведе до образуването на включвания на никелов сулфид по време на втвърдяването. За да се сведе до минимум този риск, може да е необходимо предварително загряване, за да се намали нивото на дифузионния водород и да се забави скоростта на охлаждане на заваръчната вана. Термичната обработка след заваряване също често се изисква за облекчаване на остатъчните напрежения и преразпределяне на утайките, което спомага за намаляване на твърдостта и податливостта към напукване. Изборът на правилния процес на заваряване е от решаващо значение за успешното заваряване на никелови сплави. Обичайните процеси на заваряване включват заваряване с газова волфрамова дъга (GTAW), електродъгово заваряване с газ (GMAW), заваряване с електронен лъч (EBW) и заваряване на съпротивителни шевове. GTAW често се предпочита заради своята прецизност и способност да произвежда чисти заварки с минимално пръскане. GMAW, със своите по-високи нива на отлагане, също е жизнеспособна опция, но изисква внимателен контрол на защитните газове и входящата топлина. EBW предлага дълбоко проникване и е много подходящ за заваряване на тънки профили или свързване на различни метали. Изборът на добавъчен метал е друг ключов аспект при заваряването на никелови сплави. Допълнителните метали трябва да са съвместими с основния метал и да осигуряват необходимата устойчивост на корозия и механични свойства. Обикновено се използват добавъчни метали на основата на никел и те могат да бъдат съчетани или несъвместими с основната сплав, в зависимост от условията на експлоатация и изискваните свойства. Допълващият метал също трябва да бъде напълно дегазиран преди употреба, за да се предотврати улавяне на водород, което може да причини студено затваряне или други дефекти. Консумативи като флюсове или инертни газове като аргон или хелий могат да се използват за защита на заваръчния шев от атмосферно замърсяване и за стабилизиране на дъгата. В някои случаи флюсовете също могат да подпомогнат образуването на шлака, което може да помогне за предотвратяване на замърсяване на заваръчния метал.

Никеловите сплави са известни със своите изключителни механични свойства и устойчивост на корозия при високи температури, до голяма степен благодарение на процесите на термична обработка, които усъвършенстват техните микроструктури и оптимизират тяхната производителност. Термичната обработка включва поредица от процеси като отгряване, третиране с разтвор, стареене, утаително втвърдяване и темпериране, всеки от които е съобразен със специфичните характеристики и изисквания на въпросната никелова сплав. Отгряването е обичаен процес на термична обработка, прилаган към никелови сплави за облекчаване на вътрешни напрежения, подобряване на пластичността и улесняване на формоването или машинната обработка. По време на отгряването сплавта се нагрява до температура над температурата на рекристализация и след това се охлажда с подходяща скорост. Този процес позволява да растат нови зърна без деформации, ефективно елиминирайки предишните ефекти на втвърдяване при работа. Обработката с разтвор, известна още като пълно отгряване, се използва за постигане на еднофазна микроструктура в втвърдяващите се на стареене никелови сплави. Тази обработка включва повишаване на температурата на сплавта над границата на твърда разтворимост на усилващите елементи и след това бързо охлаждане, за да замръзне в тези елементи в твърд разтвор. Този процес е подготвителен за последващо третиране със стареене или утаяване. Преципитационното втвърдяване е метод, използван за значително увеличаване на границата на провлачване на никелови сплави. След третиране с разтвор, сплавта се подлага на контролиран цикъл на нагряване, който насърчава утаяването на определени фази в матрицата. Скоростта на охлаждане след тази обработка може да повлияе на размера и разпределението на утайките, което от своя страна определя механичните свойства на сплавта. Втвърдяването със стареене е свързан процес, при който сплавта се държи при повишени температури за определени интервали от време, за да се предизвика утаяването на фазите на втвърдяване. Този процес се контролира внимателно, за да се постигне желаната якост, без да се компрометира прекалено пластичността. Контролът на параметрите на термичната обработка, включително температура, време, скорости на нагряване и охлаждане и естеството на термичните цикли, е от решаващо значение за постигане на желаните свойства в никеловите сплави. Например твърде бързата скорост на охлаждане може да доведе до задържани напрежения или нехомогенна микроструктура, докато твърде бавната скорост може да позволи на нежеланите фази да се утаят преждевременно. Ефективността на термичната обработка на никелови сплави зависи от състава на сплавта и специфичните условия на експлоатация, които ще срещне. Някои сплави може да изискват множество стъпки на топлинна обработка или комбинации от тях, за да се постигне оптимален баланс между якост, пластичност и устойчивост на корозия.