симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 7

Сравнение показало, что стойкость против изотермического и циклического окисления в диапазоне 900-1100 С обычно была превосходной у сплавов В-1900 и ХАБА-ТК% зг'1А, средней у 1Х-713С и плохой у 1Х-738 Х. Например, у первых двух сплавов после 100 окислительных циклов при 1100оС общее поверхностное повреждение в виде окисления и возникновения обедненных зон распространилось на глубину всего лишь около 0,025 мм.

У сплава 1Х-713С оно проникло на глубину около 0,087 мм, а у сплава 1Х-738Х вЂ” на глубину 0,317 мм. Склонность к массопотерям при изотермическом и циклическом окислении носила тот же характер. Корреляция между химическим составом сплавов, содержанием оксидных фаз и противоокислнтельной стойкостью в обобщенном виде цредс гав лена на рис.11.16. Можно видеть, что образование оксидов хипа (о), — А1зО„ ХзА1з04 и МК,О, — отвечает лучшей стойкости, чем образование оксидов типа (б), — СгзО„ Х(СгзО, и ХгТгОз. В окончательной формулировке эти фазы представлены, как сплавы типа (и), — А)+К илн (б), — Сг+Т1, где Я=ХЬ, Та, тт', Мо.

Выгодным может оказаться образование оксидов типа трирутил или тапиолит МК,О„поскольку они способствуют формированию защитных слоев А!зОз и предотвращают нарастание Х10. Сведениями о роли ХгТгО, и Т(Оз мы не располагаем, хотя обычно обогащение титаном наблюдают по наружной по' верхности окалин; особенно это относится к сплавам 1Х-713С и 1Х-738Х, структура которых иллюстрирована на рис. 11.17.

Здесь хорошо виден наружный слой, состоящий из Сг,О, и Х!СгзО„стеРжни Х1ТгзОе и А(зО„обРазовав- 38 20 ц. к гб 172 0 б б 70 12 М И Ю 20 22 (сг + 70,тыла лассе) Рнс.11.16. Влиание химического состава на доли Е составллвщих окалины (в безразмерных сдининах) и потерю массы — дгг/л сунерснлавов ХАБА-тдтл т'1А (1), В 1900 (2), 1Х-713С (3), 1Х 738Х (а) [97], (98) (Д б — оксиды тина а и б соответственно) шиеся по реакции внутреннего окисления и зона и-матрицы сплава, обедненная по выделениям т'-фазы. В различных модификациях такая микроструктура присуща всем остальным сплавам; крайний случай представлен сплавом В-1900, у которого имеется только тонкая наружная окалина, составленная оксидами А)зОз и ХгА(зОР Перемены в характере окисления, связанные с изменением длительности, температуры или цикличности окислительного воздействия, трудно обобщить применительно ко всем сплавам и условиям эксплуатации.

Нередко 'при 900-1000оС или в условиях изотермического окисления преимущественно образуются окалины из А!зО„тогда как более высокие темпеРатуры (1100 оС) или циклическое окисление способствуют формированию окалин в виде Х(О, Х(Сгз04 и СТ,О,. С тече- 39 1 1 2..2 ' етпелкяг ( э ~ ~ф Рис.11.17. Сплав 1И 738. Мнкроструктуре после 24 ч окисления при 975 оС. Видны обогященная 'П окалина СгэОэ, участки внутреннего окисл ения, эоны 1 — СгэОэ (в основном) и ТЮэ, 2 — карбид (Т1, Тя, ЫЬ, Ш) нием времени содержание в окалине ее главных компонентов монотонно возрастает. Исключением служит сплав Пч-738Х у > которого рост окалины Сг,О, достигает максимума, а затем отступает перел ростом окалин гч10 и %С~эОо В пр~эшэггвг~~ выражении это соответствует образованию несплошной отсланвающейся окалины, характерному для условий циклического окисления [97). В четырех рассмотренных случаях предпочтительно иметь высокое содержание не хрома или титана, а алюминия в сочетании с тугоплавкими металлами.

Это главная тема нашей дискуссии, к ней мы не раз обратимся при рассмотрении роли химического состава сплавов. Однако следует подчеркнуть, что все упомянутые закономерности следует принимать с большей осторожностью, избегая неоправданных обобщений. В полной мере характер окисления промьгшленных суперсплавов определяется не только каждым элементом в отдельности, но и совокупным влиянием множества сложных реакций между этими элементами. Влияние изменений в содержании нескольких элементов )1годельные сплавы (Статистические исследования). Взаимодействие между множеством легирующих элементов занимает определенное место в том подлинном механизме, посредством которого химический состав сложных суперсплавов влияет на характер их окисления.

Пока это взаимодействие остается за пределами нашего понимания. Между тем стойкость к цик- 40 лическому окислению (выраженную массопотерями) удалое ь скоррелировать с систематическим совокупным изменением в содержании множества элементов; этому посвящены два углубленных исследования, выполненных на статистической основе (102,103). В первом исследовании для содержания семи элементов задано два уровня; во втором — содержание пяти элементов варъировали на пяти уровнях, так что общее количество исследованных композиций составило примерно 100.

Для каждого сплава "расход" металла характеризовали параметром Кл, учитывающим и рост, и отслоение окалины. Применяя множественный линейно-регрессионный анализ, получали уравнения для связи Кл с химическим составом каждого сплава. Проникнуть в суть явления помогает ранжирование сплавов по численным характеристикам от лучших к худшим, а также выявление соответствующих тенденций в совокупном химическом составе сплавов 1104).

Один из примеров такого ранжирования дан обобщенно в табл. 11.3. В части (а) сплавы сгруппированы по противоокислителъной стойкости, показаны средние значения стойкости и содержания легирующих элементов, а также выделены значения, характеризующие статистически состоятельные тенденции. Этот способ позволил продемонстрировать, что все наилучшие группы отличаются высоким содержанием алюминия.

Видно также, что стойкость снижается на порядок, если содержание алюминия занижено. В части (6) сосредоточены особые сплавы; они отобраны, чтобы продемонстрировать крайние случаи в отношении стойкости либо в отношении химического состава. Взятые вместе данные этих двух работ позволяют сделать следующие выводы: 1. Высокое содержание алюминия (6%) наиболее важный фактор для достижения хорошей противоокислителъной стойкости' 2. Высокое содержание хрома (15 %) не всегда требуется для достижения хорошей противоокислителъной стойкости; 3. Высокое содержание хрома (15 %) не может компенсировать низкое (2 — 4%) содержание алюминия; 4.

Присутствие тантала (3 — 9%) характерно для наилучших комбинаций легирующих элементов и наилучших сплавов; 5. Низкое содержание титана (<2 %) отмечено у большинства сплавов с хорошей противоокислительной стойкостью. 41 1 8 а < 3 х 3 й а сс 1 а « х м о о 8 8 х х $ б й1 й! о <о < И! х х ха !ха !оР х со х х аа м 3 3' 3 с! 8 з 3 х х 8 я Яд с'» «» о сч" сч „о Е о »с 01 „о 3~ Е о а о! а $й хо „1.! Я И О 3 х!с х д< о о сч «» о с о о «» о о '«о х «С Я Й «'. Й О 'сч 0 хО д~ и "о о»" с» 0 л а о х й»" о яс» "ч» о о" 'О о о" о О ч» с» е о о о о о сч со о 8 3 Я ! Р о" о о О а 1 о М 1 о„о сч я 1 1 с» «-" 1ч 1 а! Е О о сч с 1 «с Я 00 3 б 6 Вд о 3 о и 2Ю „:4 ф х 3,Ц х с х с! о а сч сч о й! х а«с сч ч с й! о $ О" СО Д о„ х й о о„ !.с \ч сч сч сч «» «» с» со а ч» «» Ффффф 3 х < 8 3 Х й! 3 3 ж1."! Х йсч с< о '«.

"о э" сч сч сч со о„о 'й О О О 1 1 1 <й М И о и сх В Е о„ 5 ,х о 8 'О 'О с» «»" "с„'о„ м» с» сс "1 о в сч 1 1 а 8 ~ 8 'х < а о ОЗ 01 й! ~~3 3 б Йож х х хо„ , «с хоо х х~' 6 хч хо! Д.; 0! о х »с 0»! Я «,5о о,*щ оЬ 1 ,о,о ~!х о 3,~ „- 2оо х ~~ 3 х,*< Й 8»ч 0 О ~ЙЙ С о а 0 «'~ 3 ' Р' о. 3 «х 42 гвв ч бу ч! Лу ге 1В Сг %1пе ппсее/ гв ° ~ гв ! ы ! и!за! 1 в н.

Я! Одс = ГР% гв 'а сн гс и!я! гв лу ге Сг.% 45 Видимое благотворное влияние тантала показано графически на диаграмме многоэлементного окисления (рис. 11.18, а); сплавы с повышенным содержанием тантала соответственно отличаются меньшими массопотерями по сравнению со всеми остальными сплавами при том же содержании А! и Сг. Однако, как и в случае с хромом, тантал не способен компенсировать недостаточно высокое содержание алюминия (<5%). Чтобы провести прямое сравнение, выбраны сплавы с Рис.11.18. Карты многоэлементного окисления, иллюстрирующие некоторые тенденции в изменении кимического состава суперсплавов с целью повлиять на нк циклическую окисляемосзь (сведения для циклов 100 ч, 1 ч при 1100 оСП а — благоприятные тенденции при высоком содернании А! и Та применительно к модельным суперсплавам (102! — 104; б — благоприятные тенденции при высоком содер:канин А! и Та и низком содернании Т! прнмейнтельно к промышленным суперсплавам 1 — ГХ 100; 2 — МАК вЂ” М 200+Ну; 3 — МАК вЂ” М 240; 4 — Кепб 120 5 — Кепь 125; б — 3+9% Та; 7 — ХАБА-ТКЧГ Ч!А; 8 — ТАЕ 8А; 9 — ТКЧГК; 10 — В 1900; 11— МАК-М.

247; 12 — 1Х 713С; 13 — ПЧ 792+Н1; 14 — 1! 700; 15 — Капа 80; 1б— МАК вЂ” М 421; 17 — ГХ 738; 18 — !саара!оу; 19 — ГР 710; 20 — Х! — Д!Сг! 21 — 3+4 ТП 22 — 1+2,5ГП 23 — 4,5+5,0Т! 44 теми же пределами содержания А! и Сг, что и у литейных суперсплавов,— персплавов, — А)+0,5Сг=10+2.