Upplösning och åldring: Nickellegeringar

Upplösningsbehandling är att värma upp en legering till en lämplig temperatur och hålla den där tillräckligt länge för att en eller flera beståndsdelar ska övergå till en fast lösning, och sedan låta svalna så snabbt att dessa beståndsdelar förblir upplösta. Genom påföljande utskiljande värmebehandlingar kan beståndsdelarna på ett kontrollerat sätt avges antingen naturligt (i rumstemperatur) eller artificiellt (i högre temperaturer).

Fördelar

Det finns en mängd gjutna och smidda nickelbaserade legeringar som kan få olika önskvärda egenskaper förbättrade genom antingen upplösningsbehandling eller upplösningsbehandling och utskiljningshärdning. Egenskaper som rumstemperatur och/eller mekanisk hållfasthet i förhöjd temperatur, korrosionsmotstånd och oxidationsmotstånd brukar förbättras av sådana värmebehandlingar.

Användningsområden

Egenskaperna för härdbara nickelbaserade legeringar kan förbättras genom att man väljer lämpliga värmebehandlingsparametrar. Användning av enbart upplösningsbehandling eller upplösningsbehandling följt av utskiljningshärdning är vanligt för nickelbaserade beläggningar.

Upplösningsbehandling

• Under tillverkningsbearbetning kan de flesta material deformationshärdas, vilket begränsar förmågan att ytterligare behandla materialet. Upplösningsbehandling i process (avspänning) kan reducera detta deformationshärdade tillstånd för att möjliggöra vidare behandling.
• Tillverkningsprocesser som lödning, svetsning eller beläggning kan ha en icke-önskvärd inverkan på materialegenskaper, vilket kan upphävas genom upplösningsbehandling före vidare nedströms behandling.
• Tillverkningsprocesser kan leda till för tidig start av den slutliga utskiljningshärdningsprocessen, vilket kan upphävas genom ny upplösningsbehandling före vidare bearbetning.
• Många nickelbaserade beläggningar utvecklar sina önskade egenskaper endast genom upplösningsbehandlingsprocessen. De anses som legeringar förstärkta med fast lösning. Exempel på sådana är Hastelloy X, INCO 625 och HA 230.

Utskiljningshärdning

• För att utveckla de slutliga materialegenskaper som krävs för att uppfylla delspecifika designkriterier, brukar materialet (gjutet/smitt material) behöva utsättas för en lång värmebehandlingscykel i lägre temperatur så att det utvecklar en legeringsspecifik mikrostruktur genom utskiljningshärdning.
• Normalt utförs detta steg vid eller nära slutet på tillverkningsprocessen, då värmebehandlingsprocessen leder till en betydande ökning av materialets hårdhet och det inträffar en viss förutsägbar storleksförändring (krympning) som man måste ta hänsyn till. Maskinbearbetningskostnaderna kan öka dramatiskt om efteråldringshärdad maskinbearbetning krävs.
• Vanliga exempel på material är: INCO 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy och C263.

Processuppgifter

• Upplösningsbehandling utförs normalt vid temperaturer från 1800 till 1 343,33°C i vakuum, följt av snabb gasfläktkylning till rumstemperatur. Många material har specifika kylningshastigheter som måste uppnås för att se till att rätt metallurgisk mikrostruktur erhålls i slutprodukten.
• Utskiljningshärdning utförs normalt vid temperaturer från 1 000 till 2 080 °F i vakuum, inert atmosfär eller luft under hålltider som kan omfatta 2 till mer än 40 timmar beroende på exakt material och metallisk mikrostruktur som specificerats. Många moment (med minskade temperaturer vid varje moment) kan också behövas för att erhålla de slutliga önskade resultaten.
• Tillämpliga industriella specifikationer bör innefatta SAE AMS 2773 och AMS 2774.