СТРУКТУРА І ЛІКВАЦИОННОЄ НЕОДНОРІДНІСТЬ МОНОКРИСТАЛІЧНИХ СПЛАВІВ

Практично всі монокристали жароміцних сплавів мають дендритну структуру. Власне кажучи, монокристал жароміцного сплаву з дендритних-комірчастою структурою формується гілками різних порядків (зазвичай, 1-й - 3-й) одного дендрита, що зародився від центру кристалізації або затравки.

Гілки дендритів завжди ростуть уздовж кристалографічних напрямків [001J, при цьому найбільш розвинені осі 1-го порядку формуються уздовж того з напрямків [001], яке утворює мінімальний кут з вектором температурного градієнта на фронті зростання. Уздовж інших напрямків [001] ростуть менш розвинені дендритні гілки 2-го і 3-го порядків. Так як цей кут при строго аксиальном теплоотводе залежить від орієнтації зростаючого кристала, то з'являється залежність морфології дендритних гілок і відповідно ростовой структури монокристалів від кристалографічної орієнтації щодо напрямку росту.

Загальним для монокрісталліческіхЖНС є багатокомпонентне легування і гетерофазна структура, яка складається з високодисперсних кристаллитов у'-фази (формується на основі інтерметалічного з'єднання Ni, Al - упорядкована ГЦК-структура типу И 2 ), які утворюють псевдоперіодіческую тривимірну макрорешетку в матриці з у-розчину легуючих елементів в нікелі (неупорядкована ГЦК-структура). Після термічної обробки об'ємна частка у'-фази в структурі сплавів досягає 60-70%, частки у'-фази розміром 0,3-0,5 мкм мають кубоідную форму і розділені прошарками у-розчину товщиною -0,05 мкм.

Дисперсійне уточнення частинками у'-фази забезпечує тривале збереження високої температурної здатності ЖНС в інтервалі температур аж до 1150 ° С і досягається шляхом гальмування ковзають дислокацій в у-матриці високодисперсними частинками у'-фази. Отже, найважливішу роль в опорі високотемпературної повзучості ЖНС грають, поряд з об'ємною часткою і розмірами частіцу'-фази, фізико-хімічними і механічними властивостями у 'і у'-фаз, такі параметри гетерофазной у / у'-структури, як температура повного розчинення у'-фази в у-розчині і розмірне невідповідність періодів кристалічних решіток у-і у'-фаз (МИСФА). МИСФА оцінюється по параметру А.А / а = (а у - а у ) / д, де а г і а. ( - періоди кристалічних решіток у-і у'-фаз, і характеризує стан міжфазних поверхонь розділу у / у '. Періоди кристалічних решіток залежать від температури їх визначення і хімічного складу фаз у і у'.

Типові значення температури повного розчинення у'-фази більшості монокрістаплічсскіх ЖНС лежать в інтервалі 1270- 1350 ° С, значення місфіта при 20 ° С складають 0,1-0,2% при а г > а т

Багатокомпонентні діаграми стану дозволяють прогнозувати фазові рівноваги і можливі зміни кількості і складу цих фаз в залежності від температури. На рис. 3.8 представлена ідеалізована схема політермічні перетину багатокомпонентної діаграми стану жароміцного сплаву в координатах температура Г- сума концентрації у'-утворюючих елементів.

Розглянемо фазові перетворення в сплаві I при підвищенні температури.

Схематичне зображення ділянки псевдобінарной діаграми Ni - IA1, Ti, Та, Hf, Nb

Мал. 3.8. Схематичне зображення ділянки псевдобінарной діаграми Ni - IA1, Ti, Та, Hf, Nb

В інтервалі температур від кімнатної до 7 гнр розчинність у'-фази в у-твердому розчині відсутня і її об'ємна частка залишається постійною і рівною вихідної. При подальшому підвищенні температури починається процес розчинення у'-фази в твердому розчині, який закінчується при температурі V ' np . В інтервалі температур Ts-V ' " v сплав має однофазну структуру у-твердого розчину. При температурі Ts починається плавлення сплаву, а при T L він повністю переходить в рідкий стан. Температури V п р , Т ' нр , Ts і T L є характеристичними точками сплаву і називаються відповідно температурою початку розчинення у'-фази, температурою її повного розчинення (солвус), температурою плавлення (солидус) і температурою ликвидус. Різниця температур Д Т = T L - Ts називається інтервалом кристалізації сплаву. На діаграмі є ще одна характеристична точка - температура евтектичною реакції До ) | 1Х .

Зазначені точки на діаграмах стану безпосередньо характеризують стабільність жароміцних сплавів. Зокрема, крива температурної залежності розчинності частинок зміцнюючої у'-фази, а також положення на ній точок Т ' пр , Т' нр дозволяють судити про фазової стабільності. Очевидно, з двох сплавів - I і II - останній буде краще, так як температура солвус у нього вище, ніж у сплаву I. Це означає, що при робочій температурі Т об'ємна частка у'-фази в сплаві II буде вище за правилом важеля, і, отже, він буде більш жароміцним в порівнянні зі сплавом I. Підвищення жароміцності в цьому випадку досягається шляхом збільшення концентрації всіх у'-утворюючих елементів. Є й інший шлях підвищення жароміцності: зберігши суму легуючих елементів постійної, знайти таке оптимальне співвідношення між ними, щоб температури V п р і 7л були вище (див. Пунктирні лінії на рис. 3.8). Між жароміцністю і температурою повного розчинення у'-фази V і р існує жорстка кореляція (рис. 3.9).

Залежність жароміцності від температури повного розчинення у'-фази (Р  ) в жароміцних нікелевих сплавах

Мал. 3.9. Залежність жароміцності від температури повного розчинення у'-фази (Р пр ) в жароміцних нікелевих сплавах

Розглянуті фазові перетворення відбуваються відповідно до рівноважної діаграми стану, побудованої при нескінченно повільних швидкостях охолодження або нагрівання. На практиці ця умова ніколи не виконується і реальні жароміцні сплави є нерівновагими системами, в структурі яких присутні фази, що не відповідають діаграм стану. Наприклад, в структурі литого сплаву I може бути присутнім нерівноважна евтектика (у + У '), яка при подальшій термічній обробці повністю або частково розчиняється.

На рис. 3.10 показана структура сплаву ЖС36-ВІ влити стані. У поперечному перерізі на металографічних шліфах спостерігається картина рівноосних і досить однорідних по діаметру дендритних осередків, в центральній частині яких чітко проявляється мальтійський хрест (рис. 3.10, а), з найбільш дисперсної (у + уретру кгурой.

Структура сплаву ЖС36-ВІ [001] після кристалізації

Мал. 3.10. Структура сплаву ЖС36-ВІ [001] після кристалізації: а - мікроструктура сплаву ЖС36-ВІ в поперечному перерізі; б, в, г, д - (у + у ') - структура: б - центр дендрита, в - периферія дендрита, г - межосних простір, д - межа осередків; е - мікродифракції з ділянки д і схема її розшифровки

У межах зовнішнього контуру дендритних осередки розташовуються великі виділення нерівноважної евтектики (у + у '). При дослідженні тонкої структури сплаву ЖС36-ВІ після кристалізації була отримана інформація про те, що у'-фаза має різну морфологію в осях дендритів і в межосних просторі. З віддаленням від центральної (осьовий) лінії дисперсная (у + у ') - структура (рис. ЗЛО, б) змінюється великої (у + у') - структурою (рис. 3.10, в). У междуосном просторі виявлені великі глобули евтектичних (у + у ') - виділень (рис. 3.10, г) і субграніци з малої разоріентіровкой (менше 3 °), що підтверджується отриманою мікродіфракціонной картиною (рис. 3.10, д, е). Будь-яких сторонніх фаз не виявлено. Розмірна і морфологічна неоднорідність частинок у'-фази, наявність евтектики (у + у ') є наслідком дендритних ліквації в процесі кристалізації монокристалічного сплаву ЖС36-ВІ.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >