Die Kaltumformung, auch Kaltverformung genannt, spielt eine entscheidende Rolle bei der Veränderung der Eigenschaften verschiedener Legierungen. Alloy 725, eine Nickel-Chrom-Molybdän-Niob-Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit, bildet da keine Ausnahme. Als zuverlässiger Zulieferer der Legierung 725 habe ich aus erster Hand miterlebt, wie der Kaltumformanteil erhebliche Veränderungen in den Eigenschaften der Legierung bewirken kann, was sich wiederum auf ihre Anwendungen in verschiedenen Branchen auswirkt.
Mikrostrukturänderungen
Eine der grundlegendsten Auswirkungen der Kaltumformung auf Alloy 725 sind Veränderungen in der Mikrostruktur. Bei der Kaltumformung der Legierung werden Versetzungen in das Kristallgitter eingebracht. Diese Versetzungen interagieren miteinander und mit anderen Gitterfehlern und führen zu einer Veränderung der gesamten Mikrostruktur des Materials.
Mit steigendem Kaltumformanteil nimmt auch die Zahl der Versetzungen zu. Dies kann zu einem Phänomen führen, das als Kaltverfestigung bekannt ist. Die Versetzungen verschränken sich und es wird für sie immer schwieriger, sich durch das Gitter zu bewegen. Dies führt zu einer Erhöhung der Festigkeit und Härte der Legierung 725. Beispielsweise kann es bei einem relativ geringen Kaltumformanteil (etwa 10–20 %) zu einer geringfügigen Erhöhung der Streckgrenze der Legierung kommen. Wenn der Kaltumformanteil 30–50 % erreicht, kann die Streckgrenze im Vergleich zum geglühten Zustand erheblich ansteigen, teilweise um bis zu 50 %.
Allerdings hat diese Kaltverfestigung auch Auswirkungen auf die Duktilität der Legierung. Unter Duktilität versteht man die Fähigkeit eines Materials, sich vor dem Bruch plastisch zu verformen. Da die Anzahl der Versetzungen mit höheren Kaltumformungsprozentsätzen zunimmt, wird die Legierung weniger duktil. Bei sehr hohen Kaltumformungsanteilen (über 50 %) kann das Material bei weiterer Verformung spröde werden und zur Rissbildung neigen.
Mechanische Eigenschaften
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit von Alloy 725 wird direkt vom Kaltumformungsanteil beeinflusst. Ein höherer Kaltumformanteil führt im Allgemeinen zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit. Dies liegt daran, dass die kaltverfestigte Mikrostruktur den einwirkenden Zugkräften effektiver widersteht. Beispielsweise kann bei Anwendungen, bei denen eine hohe Zugfestigkeit erforderlich ist, wie etwa bei Luft- und Raumfahrtkomponenten oder Hochdruckrohrsystemen, ein höherer Kaltumformungsanteil von Vorteil sein.
Streckgrenze
Die Streckgrenze, die Spannung, bei der sich ein Material plastisch zu verformen beginnt, weist ebenfalls eine positive Korrelation mit dem Kaltumformungsprozentsatz auf. Wie bereits erwähnt, wird es durch die Verschränkung von Versetzungen bei der Kaltumformung schwieriger, dass sich das Material plastisch verformt. Dies bedeutet, dass eine höhere Spannung erforderlich ist, um eine plastische Verformung einzuleiten, was zu einer erhöhten Streckgrenze führt.
Ermüdungsbeständigkeit
Kaltumformung kann sich auch auf die Ermüdungsbeständigkeit von Alloy 725 auswirken. Ermüdung ist das Versagen eines Materials unter zyklischer Belastung. In einigen Fällen kann eine moderate Kaltumformung die Ermüdungsbeständigkeit verbessern. Die kaltverfestigte Oberflächenschicht kann als Barriere gegen die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen wirken. Wenn jedoch der Kaltumformanteil zu hoch ist, kann die verringerte Duktilität tatsächlich zu einer Verringerung der Ermüdungsbeständigkeit führen, da das Material aufgrund seiner Sprödigkeit bei zyklischer Belastung eher zu Rissen neigt.
Korrosionsbeständigkeit
Die Korrosionsbeständigkeit von Alloy 725 ist eine seiner wichtigsten Eigenschaften, insbesondere in rauen Umgebungen wie der Schifffahrt oder der chemischen Verarbeitung. Im Allgemeinen hat eine geringe Kaltumformung (bis zu etwa 20–30 %) möglicherweise keine nennenswerten negativen Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit. In einigen Fällen kann die Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Bildung einer gleichmäßigeren und dichteren Oberflächenschicht sogar geringfügig verbessert werden.
Wenn jedoch der Kaltumformanteil zu hoch ist, kann die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt werden. Die erhöhte innere Spannung und das Vorhandensein von Mikrorissen im stark kaltverformten Material können Orte für den Beginn von Korrosion sein. Beispielsweise kann in einer Meeresumgebung ein stark kaltverformtes Bauteil aus Alloy 725 anfälliger für Lochfraß oder Spannungsrisskorrosion sein.
Auswirkungen auf die Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit ist ein weiterer entscheidender Aspekt, der bei der Arbeit mit Alloy 725 berücksichtigt werden muss. Die Kaltumformung kann sich auf die Schweißbarkeit der Legierung auswirken. Höhere Kaltumformungsanteile können das Risiko von Rissen während des Schweißprozesses erhöhen. Dies liegt daran, dass das kaltverfestigte Material eine höhere innere Spannung aufweist und der Wärmeeintrag beim Schweißen dazu führen kann, dass diese Spannungen unkontrolliert freigesetzt werden und es zu Rissen kommt.
Um eine gute Schweißbarkeit aufrechtzuerhalten, ist es häufig erforderlich, vor dem Schweißen von Bauteilen mit einem relativ hohen Kaltumformanteil eine Spannungsarmglühbehandlung durchzuführen. Diese Wärmebehandlung trägt dazu bei, die inneren Spannungen zu reduzieren und die allgemeine Schweißbarkeit der Legierung zu verbessern.
Anwendungen von Alloy 725 mit unterschiedlichen Kaltumformungsprozentsätzen
Niedriger Kaltumformungsprozentsatz (0 - 20 %)
Legierung 725 mit einem geringen Kaltumformanteil behält eine relativ hohe Duktilität und gute Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Formbarkeit wichtig ist, beispielsweise bei der Herstellung nahtloser RohreASTM B444 UNS N06625 Nahtloses Rohr. Diese Rohre können während der Installation leicht gebogen und geformt werden und behalten dennoch ihre korrosionsbeständigen Eigenschaften in verschiedenen Flüssigkeiten.
Mittlerer Kaltverformungsanteil (20–50 %)
Legierungen mit einem mittleren Kaltumformanteil bieten ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität. Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine gewisse Formbarkeit erforderlich sind. Beispielsweise können beim Bau von Offshore-Plattformen Komponenten aus Alloy 725 mit einem mittleren Kaltumformungsanteil den hohen Belastungen und rauen Umgebungsbedingungen standhalten und sich dennoch in komplexe Formen verarbeiten lassen.
Hoher Kaltumformungsanteil (über 50 %)
Obwohl die hochkaltverformte Legierung 725 eine verringerte Duktilität aufweist, kann sie in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine hohe Festigkeit die Hauptanforderung ist. Beispielsweise ist bei der Herstellung bestimmter Hochleistungsfedern oder Verbindungselemente die hohe Festigkeit durch einen hohen Kaltumformanteil von entscheidender Bedeutung. Diese Komponenten müssen jedoch sorgfältig entworfen und in Umgebungen verwendet werden, in denen das Risiko eines Sprödbruchs minimiert ist.
Vergleich mit anderen Legierungen
Beim Vergleich von Alloy 725 mit anderen Nickelbasislegierungen wie zInconel 925UndNickel 201Die Auswirkung des Kaltumformungsprozentsatzes weist einige Unterschiede auf. Beispielsweise kann Inconel 925 im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit anders auf Kaltumformung reagieren. Während sowohl Alloy 725 als auch Inconel 925 korrosionsbeständig sind, können die spezifischen Elemente in jeder Legierung zu unterschiedlichen Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit durch Kaltumformung führen.
Nickel 201 hingegen ist eine kommerziell reine Nickellegierung. Die Auswirkungen der Kaltumformung auf seine mechanischen Eigenschaften und Korrosionseigenschaften unterscheiden sich von denen der Legierung 725. Nickel 201 ist für seine hohe Duktilität bekannt und die Kaltumformung erhöht seine Festigkeit möglicherweise nicht so deutlich wie bei Legierung 725.
Kontakt für Kauf und Diskussion
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Referenzen
- Davis, JR (Hrsg.). (2001). Nickel, Kobalt und ihre Legierungen. ASM International.
- Schaeffler, AL (1949). Zusammensetzungsdiagramm für Schweißgut aus rostfreiem Stahl. Schweißjournal, 28(5), 220s – 232s.
- ASM-Handbuchkomitee. (1990). ASM-Handbuch: Eigenschaften und Auswahl: Nichteisenlegierungen und Spezialmaterialien. ASM International.
