Диффузионный отжиг (гомогенизация). Основные требования к жаропрочным сплавам. Методы исследования процессов старения Аl–Сu–Мg сплавов, страница 6

Особенность жаропрочных никелевых сплавов — наличие неравновесных состояний распада, когда первоначально выделяющаяся фаза имеет и состав, и структуру, не соответствующие равновесной диаграмме состояния. Так, фаза Ni₃(Ti, Nb, Al) на первых стадиях старения всегда обогащена алюминием. Затем по мере старения в течение сотен и тысяч часов при рабочей температуре состав фазы изменяется. Она может даже превратиться в равновесную фазу, например типа h—Ni₃Тi с гексагональной плотноупакованной решеткой. Образование h-фазы сопровождается потерей пластичности и уменьшением длительной прочности. В целях ослабления или устранения этого эффекта в ряде сплавов не содержится титана, ниобия или тантала. В этих сплавах равновесной является фаза Ni₃Аl. Однако легирование лишь одним алюминием не обеспечивает получения всего требуемого комплекса свойств жаропрочных сплавов на достаточном уровне и может рассматриваться лишь как частный случай. Более эффективно комплексное легирование. С целью задержки превращения; γ'®h в сплав в зависимости от срока его службы вводят определенное количество алюминия. Чем больше алюминия, тем медленнее идет процесс перестройки γ'®h; этому способствует и микролегирование сплавов бором.

Структура и состав самой γ'-фазы также существенно влияет на жаропрочность. Наиболее высокая жаропрочность достигается при использовании в качестве упрочнителя фазы, когерентно связанной с матрицей и обладающей аномальной зависимостью прочности от температуры. Прочность γ'-фазы с повышением температуры до определенного значения (Т_м) не уменьшается, а растет; присутствие в составе γ'-фазы Ti, Сr, Nb, W, Та не только повышает абсолютный уровень ее прочности, но и сдвигает Т_м в область более высоких температур. Аномальное поведение γ'-фазы связано с особым механизмом движения в ней дислокаций. При пластической деформации γ'-фазы дислокациям энергетически выгодно двигаться парами, образуя сверхдислокации с вектором Бюргерса а <110>. Сверхдислокация при движении может расщепляться либо на две полные дислокации а/2 <110>, либо сверхчастичные дислокации а/3 <112>. В первом случае частичные дислокации связаны плоской антифазной границей, во втором — полосками дефектов упаковки. Вид расщепления сверхдислокации зависит от энергии антифазных границ и дефектов упаковки, что определяется легированием сплава. При легировании γ'-фазы типа Ni₃Al хромом, который снижает энергию дефектов упаковки в этой фазе, образуются сверхструктурные комплексы типа дефект упаковки типа вычитания — дефект упаковки типа внедрения. Образование такого сверхструктурного комплекса тормозит развитие деформации и тем самым повышает прочность γ'-фазы. Возможны и другие механизмы аномального упрочнения.

Анализ влияния различия в параметрах решеток (Δа) матрицы и выделяющейся фазы, когда они изоморфны, показал, что чем это различие больше (независимо от знака), тем меньше время до разрушения сплава при заданных температуре и напряжении.

Из легирующих элементов только титан и ниобий увеличивают значение Да, так как увеличивают период решетки γ'-фазы; хром, молибден, железо уменьшают Δа, увеличивая период решетки твердого раствора, тем самым приближая его к значениям периода решетки γ'-фазы.

В зависимости от сочетания легирующих элементов в никелевых сплавах образуются карбиды: МеС, Ме₂₃С₆ и Ме₆С.

Повышенное количество карбидов из-за увеличенного содержания углерода отрицательно сказывается на пластичности сплавов. В деформируемых сплавах максимальное содержание углерода в отдельных случаях достигает ~0,12%, однако чаще всего 0,08%. В то же время снижение содержания углерода ниже 0,03 % также нежелательно, так как снижается долговечность сплавов и длительная пластичность. Поэтому для большинства сплавов содержание углерода колеблется в пределах 0,03—0,08 %.

Изучение влияния карбидных выделений на свойства жаропрочных сплавов показало, что, помимо объемной доли карбидных выделений, большое значение имеют характер расположения карбидов, их размеры и морфология.