Stop Ni−25Mo−8Cr (% mas.) został opracowany przez firmę Haynes
International w latach 80 XX wieku i otrzymał nazwę handlową Haynes 242 [05Esw].
Skład chemiczny stopu oraz przybliŜone wartości pierwiastków podano w Tabeli 5.1.
Tabela 5.1. Skład chemiczny stopu Haynes 242 (% mas) [00Hay]
Ni Mo Cr Fe Co C Al B reszta 25% 8% max. 2% max. 2,5% max. 0,1% max. 0,5% max. 0,006%
* w % atomowych skład stopu Haynes 242 wynosi: 16,7% Mo, 9,9%Cr, reszta Ni
Opracowanie stopu Ni−25Mo−8Cr opierało się na dwukierunkowych załoŜeniach,
z jednej strony waŜne było otrzymanie stabilnej fazy o wysokiej temperaturze
przemiany porządek – nieporządek, która miała na celu wyeliminowanie powstania
niekorzystnych faz, z drugiej strony istotna była szybkość tej przemiany. Cele te zostały
osiągnięte przez odpowiedni dobór składu chemicznego, tj. zawartości niklu, molibdenu
i chromu. Jednak okazało się, Ŝe w wyniku reakcji uporządkowania mogą powstawać
fazy zmniejszające plastyczność takie jak Ni4(Mo,Cr) i Ni3(Mo,Cr) [10Dym]. Dodatkowo molibden i chrom przyczyniają się do tworzenia faz σ i µ, które powodują
wzrost kruchości stopu. Stop ten zawiera takŜe niewielkie ilości innych pierwiastków,
które nie są jednak wprowadzane celowo, a dostają się do stopu podczas jego
wytwarzania [00Dym1].
Stop Ni−25Mo−8Cr charakteryzuje się dobrą odpornością na pełzanie
i rozciąganie w temperaturze do 700°C, odpornością korozyjną w róŜnych środowiskach oraz wykazuje dobrą odporność na nisko cykliczne zmęczenie [95Dym].
WaŜną cechą jest takŜe bardzo dobra odporność na utlenianie [86Cie]. Stop
Ni−25Mo−8Cr utrzymuje dobre własności wytrzymałościowe w warunkach
utleniających nawet do temperatury 900°C, przez tworzenie na powierzchni warstwy
tlenku Cr2O3 [06Gen, 07Ul]. W stanie wyŜarzonym stop charakteryzuje się łatwością
kształtowania oraz spawania [10Pro].
Podstawowe własności fizyczne stopu Ni−25Mo−8Cr w temperaturze
Charakterystyka stopu Ni−25Mo−8Cr
______________________________________________________________________
Tabela 5.2. Podstawowe własności fizyczne stopu Ni−25Mo−8Cr w temperaturze pokojowej [09Hay] Gęstość [g/cm3] 9,06 Zakres topnienia [°C] 1290−1375 Opór właściwy [µΩ/cm] 122 Ciepło właściwe [W/m*K] 11,3 Pojemność cieplna [J/kg*K] 386
Krytyczną temperaturą pracy stopu Ni−25Mo−8Cr jest temperatura 650°C.
PowyŜej tej temperatury obserwuje się gwałtowny spadek własności
wytrzymałościowych takich jak: granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie,
twardość, przy jednoczesnym wzroście plastyczności. Wpływ temperatury na zmianę
własności wytrzymałościowych został przedstawiony w Tabelach 5.3., 5.4. i 5.5.
Tabela 5.3. Typowe własności na rozciąganie stopu Ni−25Mo−8Cr, poddanego przesycaniu i starzeniu [00Hay]
Temperatura [°C] Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] Granica plastyczności 0,2% [MPa] WydłuŜenie [%] PrzewęŜenie [%] 20 1290 845 34 45 425 1110 595 37 46 540 1080 540 38 50 650 1000 570 33 41 760 730 310 44 54 870 500 310 50 85 980 290 210 54 98
Tabela 5.4. Wpływ temperatury pracy na twardość stopu Ni−25Mo−8Cr [00Hay]
Temperatura [°C] Twardość [HV] 425 271 540 263 650 218 760 140 870 78
Tabela 5.5. Własności w temp. pokojowej stopu Ni−25Mo−8Cr poddanego pracy w temperaturze 650°C [00Hay] Czas pracy [godz.] Wytrzymałość na rozciąganie [%] Granica plastyczności 0,2% [MPa] WydłuŜenie [%] PrzewęŜenie [%] Udarność [J] 0 1235 760 39 44 90 1000 1340 820 28 38 56 4000 1350 840 25 37 42
Na rys. 4.12 przedstawiono zaleŜność napręŜenia nominalnego w czasie 100 godz.
odniesionego do początkowego pola przekroju próbki, w chwili, gdy następuje zerwanie
tej próbki, dla róŜnych materiałów. Jak widać na wykresie stop Ni−25Mo−8Cr
charakteryzuje się takim samym kształtem krzywej oraz zbliŜonymi wartościami jak
stop Inconel 718. W Tabeli 5.6. przedstawiono wartości napręŜeń nominalnych
wymaganych do zniszczenia próbki w zaleŜności od temperatury i czasu trwania próby.
Rys. 4.12. Porównanie napręŜenia nominalnego w zaleŜności od temperatury w czasie 100 godz. dla róŜnych materiałów [00Hay]
Charakterystyka stopu Ni−25Mo−8Cr
______________________________________________________________________
Tabela 5.6. NapręŜenie potrzebne do zerwania [MPa] [09Hay]
Stop Ni−25Mo−8Cr moŜe być otrzymywany przez kucie na gorąco
konwencjonalnymi technikami oraz na zimno. Jest stosowany do produkcji komponentów dla przemysłu lotniczego takich jak: pierścienie uszczelniające, części
przewodów, obudowy, łączniki, dysze w silnikach rakietowych, pompy [10Pro].
Dodatkowo duŜa odporność korozyjna stwarza moŜliwości zastosowania tego stopu w
przemyśle chemicznym, głównie do wytwarzania sprzętu do produkcji i przetwarzania
polimerów oraz elastomerów.
Stop Ni−25Mo−8Cr jest stopem umacnianym wydzieleniowo metastabilną
dyspersyjną fazą międzymetaliczną Ni2(Mo,Cr) o uporządkowaniu dalekiego zasięgu
[00Rot, 07Lu]. W strukturze stopu obserwuje się takŜe wydzielenia węglików typu M6C
[00Rot]. Mikrostruktura tego stopu wykazuje duŜe podobieństwo do mikrostruktury
stopu Inconel 718. Standardową obróbką cieplną prowadzącą do powstania
soczewkowatych dyspersyjnych wydzieleń metastabilnej fazy Ni2(Mo,Cr) jest, w zaleŜności od zastosowania, przesycanie w wodzie z temperatury 1065 – 1095°C,
oraz starzenie, które prowadzone jest w temperaturze 650°C przez 24 do 72 godzin. Często przed starzeniem stosuje się tzw. obróbkę pośrednią czyli wyŜarzanie w
temperaturach 760 – 980°C [89Sri, 00Dym2, 01Dym2]. Wydzielenia fazy Ni2(Mo,Cr) są bardzo drobne, o wielkości około 10 – 20 nm, i koherentne z osnową [01Dym1,
08Taw]. Obróbka pośrednia wpływa na wielkość wydzieleń tej fazy
i na własności mechaniczne stopu. Domeny Ni2(Mo,Cr) wpływają korzystnie
na wytrzymałość stopu [06Dym, 09Wró]. Starzenie przeprowadzone w/w zakresie
prowadzi do niemal dwukrotnego wzrostu granicy plastyczności w porównaniu do stanu
po przesycaniu bez istotnego pogorszenia ciągliwości [92Dym, 96Kum2, 98Gaz].
Zwiększenie wielkości wydzieleń fazy Ni2(Mo,Cr) prowadzi do wzrostu granicy
Czas [godz.] Temperatura [°C] 10 100 1000 540 1105 965 825 595 895 760 640 650 725 620 515 705 595 475 240 760 425 200 115
plastyczności [00Rot]. Znaczący rozrost wydzieleń fazy Ni2(Mo,Cr) obserwuje się
po starzeniu powyŜej 100 godzin [92Kum]. WydłuŜenie czasu starzenia powoduje
stopniowy wzrost wytrzymałości, co jest spowodowane zwiększeniem objętości
względnej fazy Ni2Mo,Cr [96Kum1].
Obecność fazy Ni2(Mo,Cr) powoduje zmianę mechanizmu odkształcenia oraz
jest przyczyną wzrostu umocnienia i spadku ciągliwości w temperaturze 650°C.
W Tabelach 5.7. oraz 5.8. przedstawiono własności mechaniczne w temperaturze
pokojowej i w temperaturze 650°C [99Dym]. Wzrost temperatury wyŜarzania powoduje
wzrost wielkości wydzieleń oraz zmniejszenie granicy plastyczności stopu [00Dym2].
Tabela 5.7. Własności mechaniczne stopu Ni–25Mo–8Cr w temp. pokojowej [99Dym]
Czas starzenia [godz.] Granica plastyczności [MPa] Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] WydłuŜenie [%] PrzewęŜenie [%] Twardość [HV10] 0 435 952 59 76 245 24 828 1311 37 49 382 4000 911 1456 33 48 436
Tabela 5.8. Własności mechaniczne stopu Ni–25Mo–8Cr w temp. 650°C [99Dym]
Czas starzenia [godz.] Granica plastyczności [MPa] Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] WydłuŜenie [%] PrzewęŜenie [%] 0 345 883 53 40 24 565 980 31 30 4000 704 966 10 12
Stabilność mikrostrukturalna stopu Ni–25Mo–8Cr podczas długotrwałego
działania podwyŜszonej temperatury ma zasadnicze znaczenie w zastosowaniach tego
stopu. Długotrwałe (do 4000 h) wyŜarzanie stopu w temperaturze 650ºC prowadzi
do ok. dziesięciokrotnego zwiększenia się wymiarów cząstek, przy zachowaniu ich
koherencji z osnową i typu struktury krystalicznej. Rozrost cząstek fazy umacniającej
zwiększa granicę plastyczności oraz wytrzymałość i tylko nieznacznie obniŜa
ciągliwość w temperaturze pokojowej [00Dym3]. Natomiast w temperaturze 650ºC
Charakterystyka stopu Ni−25Mo−8Cr
______________________________________________________________________
wydłuŜenia względnego. Długotrwałe wyŜarzanie powoduje takŜe zmianę charakteru
przełomu. Po 24 godzinach starzenia obserwuje się przełom ciągliwy, natomiast po
wyŜarzaniu dłuŜszym niŜ 1000 godzin przełom nabiera cech przełomu kruchego
[07Taw].
Interesującym zjawiskiem związanym z obecnością fazy dyspersyjnej
Ni2(Mo,Cr) jest intensywne bliźniakowanie osnowy podczas odkształcenia
plastycznego w temperaturze pokojowej, które w stopie przesyconym, nie zawierającym
cząstek fazy uporządkowanej, występuje tylko sporadycznie [96Kum2]. Obecność fazy
uporządkowanej powoduje zmianę mechanizmu odkształcenia z poślizgu
na bliźniakowanie [93Dym1, 95Taw, 97Kum]. Podobne zjawisko obserwowano
wcześniej w stopach Hasteloy S, C-4, C-276 [81Taw]. W Tabeli 5.9. przedstawiono
wpływ czasu starzenia, a więc występowania fazy uporządkowanej, na zmianę
mechanizmu odkształcenia stopu Ni–25Mo–8Cr.
Tabela 5.9. Zmiana mechanizmu odkształcenia w zaleŜności od czasu starzenia
Czas starzenia [godz.] Mechanizm odkształcenia
0 poślizg
24-72 bliźniakowanie + poślizg
4000 bliźniakowanie
Za jedną w przyczyn zmiany mechanizmu odkształcenia uwaŜa się zmianę
struktury krystalograficznej z regularnej ściennie centrowanej na ortorombową
w wyniku uporządkowania dalekiego zasięgu. Zmiana ta powoduje, Ŝe aktywacja
dziesięciu, z dwunastu moŜliwych, systemów poślizgu staje się mało prawdopodobna
[81Taw, 03Wró]. Inną przyczyną zmiany mechanizmu odkształcenia moŜe być zmiana
energii błędów ułoŜenia osnowy (EBU) wskutek wydzielania nowej fazy. Molibden
naleŜy do pierwiastków obniŜających EBU w stopach na osnowie niklu. Jednak
w stopie Ni−19%Mo wydzielanie fazy Ni4Mo takŜe powoduje zmianę mechanizmu
odkształcenia, mimo, Ŝe ilość molibdenu nie zmienia się w znaczący sposób, więc takŜe
wartość EBU w osnowie pozostaje niezmieniona [89Taw]. W materiale jedynie
przesyconym odkształcenie plastyczne do 15% redukcji przekroju podczas walcowania zachodzi przez poślizg. Bliźniakowanie pojawia się sporadycznie dopiero w materiale
po 20% redukcji przekroju. Natomiast w stopie z cząstkami uporządkowanymi bliźniaki
odkształcenia pojawiają się juŜ po odkształceniu ok. 2% [ 02Wró].
W mikrostrukturze stopu Ni−25Mo−8Cr poddanego walcowaniu na zimno i wyŜarzanego w temperaturze 650ºC obecne są dwa typy bliźniaków: długie,
przechodzące przez całe ziarna i mikrobliźniaki ograniczone do pojedynczych domen.
Podczas odkształcenia plastycznego stopu Ni−25Mo−8Cr w zaleŜności od orientacji
krystalograficznej domen pojawiają się róŜnego typu bliźniaki:
− bliźniaki typu 1 (odbicie bliźniaka w stosunku do pierwszej płaszczyzny bliźniaczej),
− bliźniaki typu 2 (obrót bliźniaka dookoła pasma ścinania),
− bliźniaki złoŜone (połączenie bliźniaków typu 1 i typu 2),
− pseudobliźniaki.
Bliźniaki odkształcenia w wyniku uporządkowania dalekiego zasięgu mogą powstawać
w ziarnach o orientacji {110}<001>, w których nie występują w przypadku
Cel i teza pracy
______________________________________________________________________