ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллическая решетка и микроструктура из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн1 " На рис. 4.2 показано, как в процессе службы сплавов происходит эволюция их микроструктуры [3]. К основным фазам сплавов, представленных на рис. 4.2, и других никелевых суперсплавов относятся следующие фазы. [c.131] Гамма матрица ( -фаза) Сам по себе никель не наделен явно высоким модулем упругости или низким коэффициентом диффузии (т.е., двумя свойствами, обусловливающими повышенную длительную прочность. Тем не менее, большинство конструкторов газовых турбин выбирает у-матрицу для наиболее тяжелых временных и температурных режимов службы. Примечательно, что сплавы этого типа применимы при Г=Гцд при более низких температурах они служат в течение 100000 ч. Причин столь высокой стойкости можно назвать несколько. [c.133] Фазовые реакции. В рассматриваемых сплавах в состав у-фазы входят главным образом Ni, Со, Сг и тугоплавкие металлы Мо или W. Ее можно рассматривать, как общую для четверных фазовых диаграмм, простирающихся от бинарной коноды Ni- o (рис. 4.3). Очевидно, что эти четверные диаграммы подобны друг другу, особенно в части полосы соединений, разделяющих четырехкомпонентное пространство с аустенитной структурой г.ц.к. от такового со структурой о.ц.к. (бинарная канода Сг-Мо). В упомянутую фазовую полосу входят т.п.у. фазы. Химический состав сплавов следует выбирать таким образом, чтобы образование фаз такого рода было исключено. [c.133] Фазовый анализ сложных никелевых суперсплавов [7]-[9], показывает, что в твердом растворе матрицы обычно присутствуют Со, Fe, Сг, Мо, W, Ti и AI. На рис. 4.1 показано, что по атомному диаметру эти элементы отличаются от Ni на 1-13%, а по числу Ny - на 1-7%. Ранее уже сообщали [2], что упрочнение можно связать с превосходством в атомном диаметре, которое определяют по увеличению параметров кристаллической решетки. [c.135] До некоторой степени упрочнение может возникать из-за снижения энергии дефектов упаковки, вызванного легированием в этом случае повышается сопротивление поперечному скольжению. Удается установить корреляцию между величинами энергии дефектов упаковки и Ny [Ю], [Ц]. [c.135] Можно сделать оценку упрочняющей способности элементов, присутствующих в твердом растворе. Рассмотрим высоколегированный суперсплав химический состав его матрицы, % (ат.) приводится ниже. [c.135] Твердорастворное упрочнение, вызванное перечисленными элементами, сохраняется вплоть до высоких температур. Однако выше 0,6Г л т.е. в области высокотемпературной ползучести, упрочнение у-фазы зависит от скорости диффузии. В этом смысле можно полагать, что медленно диффундирующие Мо и W окажутся наиболее мощными урочнителями. Зарегистрировано и некоторое побочное благотворное влияние Мо и W на скорость Диффузии [12] их введение в сплав Ni-22 r-2,8Ti-3,lAI сопровождалось замедлением диффузии Ti и Сг при 900 °С. [c.136] Фазы гамма штрих (ц ). Выделение преципитата соединений A3D с решеткой г.ц.к., или разновидностей у -фаз в суперсплавах — наиболее благоприятное событие. Благодаря состоянию его электронной Ъй оболочки, атом Ni несжимаем. По этой причине высоконикелевая матрица способствует выделению у -фаз, которое сопровождается лишь небольшим изменением параметров решетки матрицы (опыт показывает, что в сплавы с решеткой г.ц.к. необходимо вводить не менее 25 % Ni). Образования более сложных фаз, требующих существенного изменения атомных размеров, избегают. Эти нежелательные фазы возникают при наличии матрицы с повышенным значением концентрации электронных дыр (A/J, например, в сплавах на основе железа. Согласованность кристаллических структур и параметров решетки г.ц.к. у -фазы и у-матрицы (размерное несоответствие около 0,1%) обеспечивают возможность гомогенного зарождения преципитата, отличающегося низкой поверхностной энергией и чрезвычайно долговременной стабильностью. Когерентность у - и у-фаз сохраняется благодаря тетрагональному искажению. [c.136] Поскольку первые анализы у -фазы свидетельствовали о низкой склонности Мо и W занимать место в ее решетке, возникло мнение об их участии только в образовании карбидов и твердорастворном упрочнении. Однако последующие работы показали, что этот вывод может оказаться ошибочным [18]. Например (см. табл. 4.2), у -фаза, извлеченная из сплава MAR-M 200, в котором по номиналу 4 % (ат.) W и 0,6 % (ат.) Nb, содержит 3,2 % (ат.) W и 0,5 % (ат.) Nb. Ясно, что значительная часть W в этом сплаве входит в состав у -фазы. Аналогичную картину демонстрируют и другие данные табл. 4.2. Тантал не упомянут в этой таблице, однако он также активно внедряется в состав у -фазы, что особенно важно для формирования структуры и свойств мо-нокристаллических сплавов. [c.140] Молибден активно растворяется в у -фазе, не содержащей Ti, и менее активно при высоком отношении концентраций Ti и А1 (см. табл. 4.2). Пропорционально количеству Мо увеличивается параметр решетки, температура растворения и доля (по массе) у -фазы в сплаве. [c.140] Значительное изменение химического состава отражается прежде всего на величинах g и D. Флитвуд нашел, что скорость подрастания частиц у -фазы в Ni—Сг—Ti—А1 сплавах уменьшается при повышении содержания Сг от 10 до 37 %. Отчасти этот эффект — результат снижения величины g, но также и результат снижения когерентных искажений и, следовательно, величины ZgD. Увеличение когерентных искажений с ростом содержания Ti по отношению к содержанию А1 приводило к ускорению подрастания частиц [21]. [c.141] Таким образом, мнения, по-видимому, колеблются между признанием допустимости и желательности присутствия углерода в границах зерен суперсплавов. И все же сегодня большинство исследователей чувствуют, что карбидные выделения оказывают благоприятное влияние на длительную прочность сплавов при высокой температуре. Совершенно ясно и то, что карбиды способны влиять на пластичность и химическую стабильность матрицы, поскольку отбирают от нее элементы, вступающие в реакцию. Следовательно, для конструктора сплавов понимание, к какому химическому составу, классу и морфологии карбидных выделений следует стремиться, приобретает критическое значение при выборе состава сплавов и режима их термической обработки. [c.145] Обычно т.п.у.-фазы наблюдали в неблагополучных плавках. Современная практика управления фазовым составом сплавов в большинстве служит эффективным средством, предотвращающим их появление. [c.147] Вернуться к основной статье