กลไกความล้มเหลวหลักสำหรับโลหะผสมเหล่านี้ในการให้บริการระยะยาว-คืออะไร

1. คุณลักษณะพื้นฐานและการใช้งานเบื้องต้นของโลหะผสม 2J31 และ 3J40 คืออะไร

2J31 และ 3J40 เป็นโลหะผสมส่วนขยายควบคุมที่มีธาตุเหล็ก-นิกเกิล-เป็นโคบอลต์ แต่อยู่ในหมวดหมู่การใช้งานที่แตกต่างกันโดยมีวัตถุประสงค์หลักที่แตกต่างกัน

3J40 (หรือเรียกอีกอย่างว่า Nilo 42/อัลลอยด์ 42/UNS K94610):

ลักษณะเฉพาะ: เป็นโลหะผสมที่มีการขยายตัวต่ำ คุณลักษณะหลักของมันคือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่ต่ำมาก ซึ่งคล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของซิลิคอนโบโรซิลิเกตและเซรามิกบางชนิดในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง (โดยทั่วไปจากอุณหภูมิห้องสูงถึง 300-400 องศา ) สามารถบรรลุผลนี้ได้โดยใช้ปริมาณนิกเกิลจำเพาะที่ ~42% ซึ่งวางตำแหน่งไว้ที่ค่าต่ำสุดของกราฟการขยายตัว Invar (Fe-Ni) โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในสภาพอ่อนตัว (อบอ่อน) และสามารถชุบแข็งตามอายุได้จนถึงระดับความแรงปานกลาง

การใช้งานหลัก: การใช้งานหลักคือในการใช้งานที่ต้องการความเสถียรของมิติแม้ว่าอุณหภูมิจะผันผวนก็ตาม

อิเล็กทรอนิกส์: ลีดเฟรมสำหรับวงจรรวม ซึ่งตรงกับ CTE ของชิปซิลิคอน เพื่อป้องกันความเครียดระหว่างการบัดกรีและการทำงาน

แก้ว-ถึง-ซีลโลหะ: สำหรับการสร้างซีลสุญญากาศในบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ และฟีดทรู โดยที่ซองแก้วมีค่า CTE ต่ำที่ตรงกัน

เครื่องมือที่มีความแม่นยำ: ใช้ในส่วนประกอบสำหรับเลเซอร์ ระบบออพติคอล และอุปกรณ์ตรวจวัดที่ต้องลดการเบี่ยงเบนความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด

2J31 (โลหะผสมแข็งแบบแม่เหล็ก):

ลักษณะเฉพาะ: เป็นโลหะผสมแม่เหล็กอ่อน -ที่สามารถชุบแข็งได้ แม้ว่าจะมี CTE ที่ควบคุมด้วย แต่คุณลักษณะที่กำหนดก็คือความสามารถในการทำให้เป็นแม่เหล็กและล้างอำนาจแม่เหล็กได้ง่าย และหลังจากผ่านการบำบัดความร้อนโดยเฉพาะ จะพัฒนาความแข็งสูงและคงสภาพแม่เหล็กได้ มันเป็นส่วนหนึ่งของตระกูล "โลหะผสมปิดผนึกแก้ว" แต่โดดเด่นด้วยคุณสมบัติทางแม่เหล็ก

การใช้งานหลัก: การใช้งานนี้มีไว้สำหรับการใช้งานที่ต้องการการผสมผสานระหว่างการผนึกแก้ว-ถึง-ที่เชื่อถือได้และคุณสมบัติทางแม่เหล็กเฉพาะ

การป้อนผ่านแบบสุญญากาศ: ในอุปกรณ์ทางทหาร การบินและอวกาศ และอุปกรณ์น้ำมันและก๊าซในหลุมเจาะ ซึ่งตัวนำไฟฟ้าต้องผ่านแรงดันหรือสิ่งกีดขวางสุญญากาศผ่านซีลแก้ว และจำเป็นต้องมีฟังก์ชันแม่เหล็ก (เช่น ในเซ็นเซอร์หรือแอคทูเอเตอร์)

สวิตช์กกแม่เหล็ก: ตัวนำและเปลือกสามารถทำจากโลหะผสมดังกล่าวได้

ส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ: ใช้ในไจโรสโคปและเครื่องมืออื่นๆ ที่เสถียรภาพทางแม่เหล็กและความร้อนมีความสำคัญ

2. กลไกการเสริมกำลังและสมบัติเชิงกลที่เกิดขึ้นระหว่าง 3J40 และ 2J31 แตกต่างกันอย่างไร

สมบัติเชิงกลของโลหะผสมเหล่านี้เชื่อมโยงโดยตรงกับสถานะทางโลหะวิทยาที่แตกต่างกันและกลไกการเสริมความแข็งแกร่ง

3J40 (อัลลอย 42):

สภาพที่นิ่ม (อบอ่อน): ในสถานะนี้ 3J40 ค่อนข้างอ่อนและเหนียว (ความแข็งทั่วไป ~70 HRB) ทำให้เหมาะสำหรับการขึ้นรูปลึก การปั๊ม และการขึ้นรูปขั้นรุนแรงซึ่งจำเป็นในการสร้างลีดเฟรมอิเล็กทรอนิกส์หรือส่วนประกอบซีล

อายุ-สภาพที่แข็งตัว: แม้ว่าจะไม่ใช่สถานะหลัก แต่ 3J40 ก็สามารถแข็งตัวได้โดยการบำบัดด้วยอุณหภูมิต่ำ- (เช่น 1 ชั่วโมงที่ 475 องศา ) สิ่งนี้จะตกตะกอนเฟสระหว่างโลหะละเอียด (มักขึ้นอยู่กับ Ni₃Ti หรือ Ni₃Al หากมีธาตุเล็กน้อย) จะเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งปานกลาง อย่างไรก็ตาม หน้าที่หลักของมันยังคงความเสถียรของมิติ ไม่ใช่ความแข็งแรงสูง

2J31:

สารละลาย-สภาพที่ได้รับการบำบัด: ตามที่ให้มา 2J31 อยู่ในสถานะอ่อนของสารละลาย- ที่ผ่านการอบอ่อน ทำให้สามารถตัดเฉือนและขึ้นรูปได้

อายุ-แข็งตัว (ตกตะกอน-แข็งตัว) สภาพ: กุญแจสำคัญในประสิทธิภาพคือการให้ความร้อนเฉพาะซึ่งรวมถึงขั้นตอนการแก่ชราด้วยแม่เหล็ก การบำบัดนี้จะตกตะกอนเฟสระหว่างโลหะที่แข็ง (เช่น Ni₃Ti หรือสารประกอบที่เกี่ยวข้อง) ทั่วทั้งเมทริกซ์ ซึ่งบรรลุเป้าหมายสองประการพร้อมกัน:

เพิ่มความแข็งและความแข็งแกร่งอย่างมาก (สูงถึง 40-45 HRC) ทำให้ส่วนประกอบทนทานต่อการสึกหรอและมีความทนทานทางกล

พัฒนาคุณสมบัติแม่เหล็กอ่อนตามที่ต้องการ รวมถึงการคงสภาพของแม่เหล็กสูงและลูปฮิสเทรีซีสสี่เหลี่ยม ซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของสวิตช์กกและส่วนประกอบแม่เหล็กอื่นๆ

โดยสรุป แม้ว่าทั้งสองชนิดสามารถชุบแข็งได้ แต่ 3J40 ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมที่มีการขยายตัวต่ำ-ซึ่งสามารถเสริมกำลังได้ปานกลาง ในขณะที่ 2J31 เป็นโลหะผสมแม่เหล็กที่ได้รับการชุบแข็งอย่างมีนัยสำคัญเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์การใช้งาน

3. ในการใช้งานเฉพาะด้านใด เราจะเลือกท่อ 3J40 เหนือท่อสแตนเลสมาตรฐาน

การเลือกท่อ 3J40 (อัลลอยด์ 42) ขับเคลื่อนโดยความต้องการที่สำคัญสำหรับความเสถียรของขนาดและการจับคู่ CTE ไม่ใช่โดยความต้านทานการกัดกร่อนหรือความแข็งแกร่งของอุณหภูมิสูง-

ระบบแสงและเลเซอร์:

การใช้งาน: โครงสร้างหรือโครงรองรับสำหรับองค์ประกอบทางแสงที่มีความแม่นยำสูง- (เลนส์ กระจก) หรือแท่งเลเซอร์

เหตุผล: เมื่อระบบร้อนขึ้นระหว่างการทำงาน ท่อ 3J40 จะขยายตัวในอัตราขั้นต่ำเกือบเท่ากันกับส่วนประกอบออปติกที่เป็นแก้วหรือเซรามิกที่รองรับ ซึ่งจะช่วยป้องกันความเครียด การโค้งงอ หรือการเยื้องศูนย์ (เลนส์ความร้อน) ซึ่งจะทำให้เส้นทางแสงบิดเบี้ยวและลดประสิทธิภาพลง ท่อสแตนเลสมาตรฐาน (ที่มี CTE เกือบสองเท่าของ 3J40) จะทำให้เกิดการวางแนวที่ไม่ตรงอย่างมีนัยสำคัญ

เครื่องมือวัดการบินและอวกาศ:

การใช้งาน: โครงสร้างการติดตั้งสำหรับระบบนำทางเฉื่อย (เช่น ไจโรสโคป) ภายในเครื่องบินหรือดาวเทียม

เหตุผล: เครื่องมือเหล่านี้ไวต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อย การใช้ท่อ 3J40 สำหรับเฟรมช่วยให้แน่ใจว่าระยะทางวิกฤตและการจัดแนวระหว่างเซ็นเซอร์ยังคงที่ แม้ว่าอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงไปจากการบินในชั้นบรรยากาศไปยังอวกาศ ทำให้มั่นใจในความแม่นยำในการวัด

อุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์:

การใช้งาน: ท่อหรือส่วนประกอบโครงสร้างภายในการจัดการแผ่นเวเฟอร์หรือเครื่องมือพิมพ์หิน

เหตุผล: กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นที่ระดับนาโนเมตร-ความคลาดเคลื่อนของระดับนาโนเมตร การขยายตัวทางความร้อนในโครงสร้างของอุปกรณ์จะทำลายความแม่นยำ. 3ความเสถียรของ J40 ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาการจัดตำแหน่งของแผ่นเวเฟอร์และออปติกตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงาน

ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมด ตัวขับหลักคือความแม่นยำ ไม่ใช่การควบคุมแรงดัน "ไปป์" ทำหน้าที่เป็นท่อร้อยสายที่มีโครงสร้างมั่นคง มักใช้สำหรับปกป้องส่วนประกอบภายในที่มีความละเอียดอ่อน หรือเพื่อรักษาความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ที่แม่นยำ

4. ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในการเชื่อมและการบัดกรีท่อโลหะผสม 2J31 และ 3J40 คืออะไร

การเชื่อมโลหะผสมเหล่านี้ต้องใช้ขั้นตอนที่ระมัดระวังเพื่อรักษาคุณสมบัติเชิงหน้าที่เฉพาะตัว และเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความเครียดหรือระยะที่เปราะ

ข้อควรพิจารณาทั่วไปสำหรับทั้งสอง:

ความสะอาดไร้ที่ติ: พื้นผิวทั้งหมดต้องปราศจากน้ำมัน จาระบี และออกไซด์เพื่อป้องกันการปนเปื้อนและให้แน่ใจว่าเปียกหรือหลอมละลายอย่างเหมาะสม

การบรรเทาความเครียด: เนื่องจากการใช้งานที่มีความแม่นยำ กระบวนการเชื่อมต่อใดๆ ควรปฏิบัติตามด้วยการอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียด เพื่อลดความเค้นตกค้างที่อาจทำให้เกิดความไม่เสถียรของมิติเมื่อเวลาผ่านไป

การยึดติด: การยึดจับที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาการจัดตำแหน่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับซีลแก้ว-ถึง- โลหะซึ่งมีพิกัดความเผื่อต่ำมาก

เฉพาะสำหรับ 3J40 (อัลลอย 42):

การเชื่อม: การเชื่อมทังสเตนอาร์กด้วยแก๊ส (GTAW/TIG) กับโลหะตัวเติมที่มีองค์ประกอบตรงกัน (เช่น ERNiFeCr-4 หรือตัวเติม Ni 42% แบบพิเศษ) เหมาะกว่า การป้อนความร้อนต่ำของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน

การประสาน: นี่เป็นเรื่องธรรมดามาก โดยเฉพาะสำหรับการปิดผนึกแก้ว โลหะผสมสำหรับการบัดกรีแข็งที่มีธาตุเงิน- (เช่น BAg-8) มักถูกนำมาใช้ กระบวนการนี้จะต้องดำเนินการในบรรยากาศที่มีการควบคุม (สุญญากาศหรือไฮโดรเจน) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและทำให้ข้อต่อสะอาดและแข็งแรง อุณหภูมิการบัดกรีต้องเข้ากันได้กับสถานะการรักษาความร้อนขั้นสุดท้ายของ 3J40

เฉพาะสำหรับ 2J31:

ลำดับการบำบัดความร้อนมีความสำคัญ: การเชื่อมหรือการบัดกรีจะต้องดำเนินการก่อนการบำบัดด้วยอายุแม่เหล็กขั้นสุดท้าย- การดำเนินการเหล่านี้กับวัสดุที่แข็งเต็มที่จะ:

-โครงสร้างที่แข็งตัวใน-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ความร้อนมีอายุมากขึ้น ซึ่งทำลายความแข็งและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของมัน

สร้างความเค้นตกค้างสูงซึ่งอาจนำไปสู่การแตกร้าวเมื่อเย็นลง

กระบวนการ: ส่วนประกอบถูกประดิษฐ์ขึ้นและเชื่อมต่อกันในสภาพที่นุ่มนวลและได้รับการบำบัด{0}} หลังจากการเชื่อม/บัดกรี ส่วนประกอบทั้งหมดจะเข้าสู่รอบการแข็งตัวครั้งสุดท้าย-เพียงครั้งเดียวเพื่อพัฒนาคุณสมบัติทางแม่เหล็กและทางกลที่เหมาะสมที่สุดอย่างสม่ำเสมอ

5. กลไกความล้มเหลวหลักสำหรับโลหะผสมเหล่านี้ในการให้บริการระยะยาว-คืออะไร

ความล้มเหลวสำหรับ 2J31 และ 3J40 แทบจะไม่เกิดการแตกหักอย่างรุนแรง มันมักจะเป็นการเสื่อมถอยของคุณสมบัติการทำงานหลักอย่างค่อยเป็นค่อยไป

สำหรับ 3J40 (โลหะผสมส่วนขยายต่ำ):

ความล้าเนื่องจากความร้อนของซีล: ในซีลแก้ว-ถึง- การทำความร้อนและการทำความเย็นแบบวงจรอาจทำให้เกิดการแตกร้าวขนาดเล็ก- ในกระจกหรือที่ส่วนต่อประสานโลหะของกระจก- หากมี CTE ที่ไม่ตรงกันเล็กน้อยหรือความเค้นตกค้าง ซึ่งจะทำให้ซีลสุญญากาศแตก ทำให้เกิดการรั่วไหลและความล้มเหลวของบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

การเคลื่อนตัวของมิติ: หากโลหะผสมอยู่ภายใต้อุณหภูมินอกช่วง CTE ที่เสถียรเป็นเวลานาน หรือหากไม่ได้คลายความเค้นอย่างเหมาะสม- โลหะผสมอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อยอย่างถาวร ส่งผลให้เครื่องมือวัดความแม่นยำไม่ถูกต้อง

ออกซิเดชัน: แม้ว่าจะมีความต้านทานต่อออกซิเดชันอยู่บ้าง แต่การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในอากาศ-ในระยะยาวอาจทำให้เกิดขนาดพื้นผิว ซึ่งอาจรบกวนความพอดีหรือหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

สำหรับ 2J31 (โลหะผสมแข็งด้วยแม่เหล็ก):

การเสื่อมสภาพของคุณสมบัติทางแม่เหล็ก: การสัมผัสกับอุณหภูมิที่ใกล้เข้ามาหรือเกินอุณหภูมิการเสื่อมสภาพอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพมากเกินไป- สิ่งนี้จะทำให้การตกตะกอนที่เสริมกำลังหยาบขึ้น ส่งผลให้การบีบบังคับและการคงสภาพลดลง ส่งผลให้ "ลบ" ฟังก์ชั่นแม่เหล็กที่ออกแบบไว้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การแตกหักทางกลที่จุดซีล: โลหะ 2J31 ที่แข็ง-และแข็งตัวแล้วมีความเหนียวน้อยกว่ากระจกที่ซีลไว้มาก ภายใต้แรงกระแทกทางกลหรือการหมุนเวียนความร้อนอย่างรุนแรง ความเครียดอาจมุ่งไปที่ส่วนต่อประสานของซีล ซึ่งนำไปสู่การแตกหักของกระจกหรือการ-พันธะของซีล

การกัดกร่อน: ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น ใต้หลุม) การกัดกร่อนสามารถโจมตีโลหะผสม และสร้างความเสียหายให้กับพื้นผิวซีลหรือส่วนประกอบเอง ซึ่งมักจะบรรเทาลงได้ด้วยการชุบ (เช่น การชุบนิเกิล) เมื่อใช้ในสภาวะดังกล่าว