Металловедение жаропрочных сталей и сплавов (часть 4)   

   При высоких температурах старения перед образованием стабильной γ’-фазы наблюдается интересный эффект стабилиза­ции дефектов упаковки, являющихся обычно неустойчивыми в металлах с о. ц. к. решеткой. Однако в сплавах Fе—N после отпуска при 350° С появляются участки с характерным для дефектов упаковки контрастом (рис.7). По мнению Фишера, это явление объясняется сегрегацией азота на дефектах упа­ковки в плоскостях, что снижает их энергию и способ­ствует устойчивости. Так как в этом случае скопления азота достигают толщины в несколько элементарных ячеек, то при дальнейшем старении эти места являются зародышами выделе­ний стабильной γ’-фазы.

   По влиянию особенностей тонкого дислокационного строения на распад пересыщенных твердых растворов замещения на основе железа экспериментальных данных меньше. Наблюдалось три типа распада в сплавах Fе—Мо: непре­рывное выделение промежуточной фазы Fе₇Мо₆ при темпера­турах старения выше 1000° С, прерывистое выделение η-фазы (богатого молибденом твердого раствора) в интервале температур от 500 до 1000° С и непрерывное выделение скоплений, которые затем превращаются в η-фазу при температурах ниже 500° С. Эти начальные стадии распада при низких температурах ста­рения, как показали наблюдения на фольгах, характеризуются образованием дислокационных петель диаметром около 800 Å в плоскостях матрицы с векторами Бюргерса, по-види­мому, равными а/2. При дальнейшем старении атомы.молибдена диффундируют к дислокационным петлям и образуют тонкие диски выделений, которые затем растут и превращаются в т)-фазу с о. ц. к. решеткой.

   В сплавах замещения на основе никеля, легированных титаном и алюминием, было показано , что η-фаза (Ni₃Тi) внутри зерен зарождается на дефектах упаковки; распад с выделением этой фазы усиливается, если перед старением сплав был подвергнут холодной деформации. Замена титана алюминием в ряде сплавов стабилизирует γ’-фазу и подавляет прерывистое выделение η-фазы. Следует отметить, что прочность сплавов системы Ni—Тi—А1 определяется выделением γ’-фазы, а при образовании η-фазы наступает разупрочнение. На рис. 8 показаны ряды кубических образований γ’-фазы, которые получились при непрерывном выделении, и большие пластины η-фазы, которые образовались при прерывистом выделении.

   В промышленных жаропрочных сплавах на основе никеля (нихрома) процессы распада при старении протекают почти так же, как и в модельных сплавах системы Ni—Сг—Тi—А1. Мелкодисперсные кубические выделения γ’-фазы, содержащие многочисленные растворенные элементы, расположены рядами вдоль направлений по плоскостям; при длительном старении появляются изолированные пластинки η-фазы. Осо­бенностью промышленных жаропрочных сплавов является чрезвычайно большая устойчивость мелкодисперсных выде­лений γ’-фазы, что определяет высокие эксплуатационные свойства. Кроме того, в промышленных сплавах в связи с на­личием в них углерода наблюдается образование карбидов.

   Для жаропрочной стали аустенитного класса стабильной является структура, состоящая из кристаллитов основного γ-твердого раствора. В таком растворе после весьма продолжительных нагревов на различные температуры период решетки не меняется, что свидетельствует о выделении всех избыточных фаз (карбидных, интерметаллидных и др.) из твердого раствора. Избыточные фазы, также присутствующие в структуре аустенитной стали, достаточно укрупнены и располагаются по всему зерну, особенно концентрируясь по границам зерен.