ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физическое металловедение из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн1 " Основные упрочняющие фазы в сплавах на железоникелевой основе уже были нами рассмотрены. Мы обсудили также стабильные формы, которые принимают метастабильные фазы. Теперь мы обратимся к другим фазам, которые тоже занимают важное место в этих сплавах. [c.219] Под влиянием факторов сжимаемости [21] в большинстве железоникелевых сплавов образуются, фазы с необычно коротким межатомным расстоянием. Примером служат такие т.п.у. фазы (типа AjB), как сг, ц, X или Лавеса [22, 23]. Сплавы In onel 713 и 901 склонны к образованию фаз Лавеса и соответствующему ухудшению механических свойств. Фазы т.п.у. будут более подробно рассмотрены в последующих главах. [c.219] Еще одним важным классом фаз, которые появляются в этих сплавах, являются карбиды. Во всех известных железоникелевых сплавах в процессе кристаллизации образуются идиоморфные или нерегулярные карбиды и/или карбонитриды типа МС. Они не претерпевают сильных изменений в процессе штамповки, термической обработки или длительной эксплуатации при служебных температурах ( 815 °С для сплавов этого типа). [c.219] Механизмы упрочнения железоникелевых сплавов весьма сходны с таковыми для сплавов на никелевой основе (последние были подробно рассмотрены в предшествующих главах). Ниже мы приводим обзор механизмов упрочнения сплавов на железоникелевой основе с упором на те аспекты упрочнения, которые не характерны для сплавов на основе никеля. Ранее мы обсудили действие элементов, вызывающих твердорастворное упрочнение теперь ограничимся рассмотрением их влияния на упрочнение старением. [c.222] Старение по g -фазе. Упорядоченная у -фаза со структурой г.ц.к. (Llj) выделяется преимущественно в сплавах А-286 и 901. По аналогии со сплавами на никелевой основе можно связать прочность железоникелевых сплавов с несколькими (не обязательно аддитивными) эффектами. К их числу отнесем энергию антифазных границ и дефектов упаковки в у -фазе, прочность, когерентные искажения и объемную долю (1 /у/) У -фазы, размер частиц у -фазы, различие модулей упругости между фазами у и у. Поговорим немного об этих эффектах. [c.222] Многие авторы указывают [4, 27, 30], что выделения у -фазы когерентны матрице, но когерентные искажения малы и поэтому не являются главным источником прочности этого семейства сплавов. Большинство железоникелевых сплавов разработано эмпирическим путем с целью достичь максимальной стабильности в условиях ползучести, так что состояние, в котором размерное несоответствие у/у и, следовательно, когерентные искажения минимальны, следует рассматривать как желательное (см. также гл. 3). [c.224] Старение по т) -фазе. Упорядоченная у -фаза со структурой о.ц.т. (DO22) выделяется преимущественно в железоникелевых сплавах, упрочняемых добавками Nb. Последний проявляет высокую растворимость в фазе NijAl [12], поэтому для преимущественного образования у -фазы содержание А1 в сплаве должно быть небольшим. [c.224] К числу промышленных сплавов, известных старением по -фазе, относятся сплавы 718 и 706. Их необычно высокую прочность м ожно отнести на счет нескольких характеристик преципитата, являющегося предметом множества исследований [9, 11, 13, 31, 32]. Элементарная ячейка о.ц.т. структуры у -фазы показана схематически на рис. 6.6,6. Сравнивая с элементарной ячейкой г.ц.к. структуры у -фазы (рис. [c.224] Выделения у -фазы в сплаве 718 имеют форму дисков, ориентационное соотношение которых с матрицей выглядит как (ЮО)э I lOOly, [ЮО] 100 у. Об этом сообщает ряд исследователей [9, 10]. После термической обработки по режиму, принятому в промышленности, диаметр дисков равен 600 А (0,06 мкм), а толщина 50-90 А (0,005-0,009 мкм). Многие исследователи сообщают [8,9,30,32], что выделения -фазы интенсивно упрочняют сплав 718 за счет когерентных искажений на границе их раздела с у-матрицей деформацию, как меру этих искажений, оценивают в 2,86 % [8]. Когерентные искажения в этом сплаве могут быть ответственны и за быструю утрату стабильности при Т 650 °С, поскольку являются движущей силой для огрубления выделившихся частиц. Стоит заметить, что сплав In onel 718 — один из немногих, химический состав которых рассчитан скорее на максимальную кратковременную прочность вплоть до 650 °С, нежели на выдающиеся характеристики длительной прочности при более высоких температурах. [c.225] Перестаривание. Многие сплавы на никелевой основе пере-стариваются посредством относительно простого механизма, контролирующего созревание частицы у -фазы при температурно-временных параметрах, превышающих таковые для старения на максимум твердости. Процесс перестаривания железоникелевых сплавов несколько сложнее из-за метастабильности богатой титаном у -фазы и богатой ниобием у -фазы. Продолжительные выдержки при соответствующих температурах способны привести к превращению э -фазы в т)-фазу в сплавах А-286 и 901 и у -фазы в 5-фазу — в сплаве 718. Обычно этим превращениям сопутствует утрата необходимых свойств. Подрастание частиц у - и у -фаз может оказаться промежуточной стадией в этих превращениях, особенно при невысоких температурах. [c.226] Примечание. А 980°С, 1 ч, закалка в масло + 720°С, 16 ч, охлаждение на воздухе. В 900°С, 2 ч, закалка в масло + 720°С, 16 ч, охлаждение на воздухе. [c.228] Здесь она образуется в интервале 650—980 °С и имеет пластинчатую форму. Плоскости плотной упаковки 5-фазы и у-матрицы стыкуются в соответствии со следующими соотношениями [41] (010)51 I (Ш)у, [Ю0]51 [ИО]у. По границам зерен сплава 718 наблюдали и округлые выделения фазы (рис. 6.3) их кристаллографическая ориентировка по отношению к матрице была беспорядочной. [c.229] Во всех случаях с образованием ячеистых выделений фазы 6 отсутствуют сведения, содержались ли в данных сплавах ингибиторы этого процесса — В или А1. Также во всех этих случаях обработку на твердый раствор проводили путем выдержки при 1150 °С с последующей закалкой. Такой режим су щественно отличается от режима, который применяют для обработки промышленных сплавов (например, 1-ч выдержка при 955 °С с охлаждением на воздухе для сплава 718). Это различие, без сомнения, делает свой вклад в наблюдаемую аномалию. [c.230] Образование больших количеств 6-фазы в процессе длительной эксплуатации приведет к ухудшению свойств. По-видимому, это ухудшение объясняется сочетанием ухода Nb из матрицы и сопровождающим формирование 6-фазы огрублением выделений фазы у . Поскольку скорость превращения у 5 интенсивно возрастает с температурой выше 650 °С, эксплуатации выше 650 °С следует избегать. Согласно ряду наблюдений [1], образованию 6-фазы благоприятствует высокое содержание Si и Nb и низкое содержание А1. Не опубликованы какие-либо конкретные данные по поводу влияния на формирование 5-фазы в железоникелевых сплавах со стороны элементов, ответственных за твердорастворное упрочнение. [c.231] Образование вторых фаз. [c.231] Железоникелевые суперсплавы более склонны к формированию вторых фаз — G, а, IX ТА Лавеса, чем суперсплавы на никелевой основе. Обычно появление этих фаз приводит к охрупчиванию сплавов, ибо фазы хрупки по своей природе. Наиболее эффективным средством избежать их появления служит надлежащий выбор химического состава, режимов термической обработки и температур эксплуатации. Частицы этих фаз, выделившиеся в процессе затвердевания слитка, можно эффективно устранять в цикле гомогенизирующей термической обработки и применением контролируемой горячей обработки давлением. [c.231] Поскольку железоникелевые сплавы используют преимущественно ниже 760 °С, случаи образования упомянутых вторичных фаз в процессе эксплуатации редки. Невелика вероятность образования вредных фаз и благодаря сравнительно низкой степени легирования этой категории сплавов. [c.232] Скорости выделения вторых фаз. При описании кинетики фазообразования в железоникелевых сплавах полезно обратиться к соответствующим С-образным диаграммам (в координатах температура - время до появления фазы).. Зависимос-ти, иллюстрируемые такими диаграммами, тщательно изучены в отношении сплава 718 и представлены на рис. 6.8. Правда, пользоваться ими следует с осторожностью, поскольку энергетическое состояние сплавов (характеризуемое такими параметрами, как размер зерен, степень остаточных искажений от ковочной деформации, температура гомогенизирующей термической обработки) может смещать кривые вправо или влево. [c.232] Вернуться к основной статье