CC BY
55Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 7 (2012 5) 724-730
УДК 544-016
Термические превращения литейных высокопрочных сталей (ВНЛ) и жаропрочных сплавов (ВЖЛ) при плавлении и кристаллизации
Л.А. Оборина, Н.А. Бабицкий6, В.П. Жереб6*
а Сибирский аэрокосмический университет им. академикаМ.Ф. Решетнева, Россия 660014, Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 31 б Сибирский федеральный университет, Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1
Received 07.12.2012, received in revised form 14.12.2012, accepted 21.12.2012
В статье представлены результаты изучения с помощью термического, микрорентгено-спектрального анализов и растровой электронной микроскопии термических превращений в образцах жаростойких сталей при нагревании и охлаждении.
Ключевые слова: термические превращения, сталь ВНЛ6, сплав ВЖЛ14, гистерезис превращений.
Введение
Литейные жаропрочные сплавы на основе никеля по сравнению с деформируемыми сплавами позволяют достичь в них большого упрочняющего эффекта за счет одновременного наличия трех фаз: у, у' и карбидной [1, 2]. В зависимости от состава в литых жаропрочных сплавах на основе никеля согласно [3] образуются следующие фазы:
1. Интерметаллидная у'-фаза на основе Ni3Al c кубической гранецентрированной решеткой, имеющей параметры а=3,56-3,60 А в зависимости от содержания титана. Количество и характер распределения у'-фазы в жаропрочных литых сплавах зависит от уровня легирования и скорости охлаждения отливки.
2. Упрочняемая у-фаза - твердый раствор на основе никеля Ni (Cr, Mo, Co, W). Состав и количество у-фазы в значительной степени влияют на высокотемпературную газовую коррозию.
3. Карбидные фазы. В зависимости от уровня легирования и термической обработки в литейных жаропрочных сплавах образуются карбидные фазы различного типа. Большая часть углерода связывается в первичный малорастворимый карбид титана TiC. Карбид титана образует с никелем эвтектику. Распределение карбида титана в литой структуре зависит от условий
* Corresponding author E-mail address: [email protected]
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
кристаллизации (температуры заливки и скорости охлаждения сплава). При высокой температуре заливки и медленном охлаждении образуются грубые выделения карбидов в виде сетки по границам зерен, а при быстром охлаждении они выделяются в виде мелких образований [4]. Химические элементы, входящие в состав сплава, каждый по своему, также влияют на свойства сплава.
Результаты и их об суждение
Исследованию подверглись образцы сталт ВНЛ6 и сплтва ВЖЛ14. Химические составы исследованных образцол этит материалов определены с птмощью микрорентгеноспектраль-ного тналиоа (МРСА) по результатам дисперсит нных анализаторов на растровых электронных
Рис. 1. РЭМ - фотографии текстуры поверхности частиц образцов стали ВНЛ6 (а) и сплава ВЖЛ14 (б)
Рис. 2. Термограммы нагревания (а - красная кривая) и охлаждения (а - синяя кривая; фрагмент для большего разр ешения - б) образца стали ВНЛ6
Рис. 3. Термограммы нагревания (а - красная кривая) и охлаждения (а - синяя кривая; фрагмент для большего разрешения а б) о(5разца сплава ВЖЛ14
hl; , % (ömOMH,)
Рис. 4. Изотермический разрез тройной системы, образованной Ni3Cr-Ni3Ti-Ni3Al
микроскопах (РЭМ) HITACHI TM-3000 и ZEIZZ EVO-50. На рис. 1 представлена полученная с помощью РЭМ текстура исследованных образцов. Результаты электронной микроскопии и МРСА образцов исследовэнных материалов оказывают на высокую однородэусть их химического состава и микроструктуры, а также на хорошее совпадение состава образцов с элементным составом этих сплавов, указанных в литературе [2, 3].
Для представления процессов, протекающих при кристаллизации расплава в процессе формированоя отливки, вышолнили дифференциально-термический анализ (ДТА) образцов стали ВНЛ6 и сплава ВЖЛ14 натермоанализаторе Neitzcch STA 449 Jupiter в проточной атмосфера аргона при скорости нагревания-охлаждения 20 К/мин.
Результаты ДТА (рис. 2, 3) указывают на сложную последовательность эндотермических превращений в исследованных образцах при нагревании, а также на отсутствие совпадения последовательности протекания термических превращений и значений соответствующих им температур при охлаждении. Т-кое поаедение образцов следует рассматривать кэа весьма веское указание на присутствие метастабильных состояний в исследованных сплавах, аналогичных обнаруженным в [5].
Термограммы образцов стали ВНЛ6, полученные при нагревании в интервале от 1100 °С до плавления при температуре 1463 °С и при охлаждении, показаны на рис. 2. Слабый экзотермический эффект на термограмме охлаждения при 1484 °С, не наблюдаомыпй пии нагровании, указыввает на некотором повышение температуры ликвидуса, т.е. на протекание процессов в расплаве, способных повлиять на характер кристаллизации всей отливки.
Аналогичное сложное поведение, показанное на рис. 3, характерно для образцов сплава ВЖЛ14 при нагревании и охлаждении. Последовательность слабых эндотермических эффектов при нагревании этого сплава оа 1000 °С до плавления при 14-67 °С стеняется значительным переоглаждением расплава при охлажсен-и и началом кристаллизации при 14405 °С, с пооледу-ющим каскадом послндовательно протекающих превращений, сопровождающихся существенно большими по величине экзотермическими эффектами (рис. 3 б).
Заключение
Как следует из рис. 4, исследованный сплав ВЖЛ14 может состоять из у, у' и п фаз, на соотношение которых может существенно повлиять количество и форма присутствия примесей второй фазы, как это отмечено в литературе [6, 7]. В этих условиях возможно сохранение ме-тастабильного состояния сплавов. Результаты ДТА образцов стали ВНЛ6 позволили обнаружить несовпадение превращений, протекающих в них при нагревании и охлаждении, что дает основание предполагать формирование в исследованной стали метастабильной аустенитно-мартенситной структуры, аналогичной обнаруженной в [5].
Научное исследование выполнено Сибирским федеральным университетом (проект «Фазовые превращения в твердых растворах на основе полиморфных металлов при субкритических температурах в условиях фазового равновесия») в рамках Государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации на оказание услуг (выполнение работ).
Список литературы
[1] Масленков С.Б. Легирование и термообработка жаропрочных сплавов // МиТОМ. 1977. № 10. С. 52.
[2] Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение, 1998. 464 с.
[3] Кишкин С.Т., Строганов Г Б., Логунов А.В. Литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе. М : Машиностроение, 1987. 116 с.
[4] Портной К.Л., Садибеков С.В., Светлов И.Л. Структура и фазовый состав композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1979. 225 с.
[5] Новиков В.И. Исследование и разработка высокопрочных коррозионностойких сталей с регулируемым мартенситным превращением для паяно-сварных узлов криогенной техники: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2003. 23 с.
[6] Jovanovi M. Т., Mikovi Z., Lukic B. Microstructure and Stress-Rupture Life of Polycrystal, Directionally Solidified, and Single Crystal Castings of Nickel-Based IN 939 Superalloy // Materials characterization. 1998. V. 40. P. 261-268.
[7] Takasugi T., Izumi O., Masahashi N. Electronic and structural studies of grain boundary strength and fracture in L12 ordered alloys-II. on the effect of third elements in Ni3Al alloy // Acra metall. 1985. V. 33. №. 7. P. 1259-1269.
The Thermal Transformations of Foundry High-Temperature Oxidation-Resistant Steels During the Melting and the Crystallization
Lev А. Oborina, Nikolay А. Babitskiyb and Vladimir P. Zherebb
aSiberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev 31 Krasnoyarsky Rabochy, Krasnoyarsk, Russia 660014
b Siberian Federal University, 79 Svobodny, Krasnoyarsk, Russia 660041
In the article the results of study with the aid of the thermal analysis, microradiography and the scanning electron microscopy of thermal transformations in the models of high-temperature oxidation-resistant steels with the heating and the cooling are represented.
Keywords: thermal transformations, steel BHH6 and BM^14.
