Совместное легирование никеля рением и переходными металлами V - VI групп (1105746), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Окисленный сплав № 3 (таблица 3.20): а) микроструктура (1 – сплав; 2 –окисленный слой; 3 – δ фаза); б) рентгенограмма.Чистый никель даёт увеличение массы, а при окислении сплава Ni60,0Cr40,0наблюдается небольшая потеря массы образца (рисунок 3.44). Исследование окисленногослоя данного сплава указало на существование в нём NiO (структурный тип NaCl, a =4,1717(8) нм) и NiCr2O4 (структурный тип NiCr2O4, a = 8,343(2) нм). В самом сплаве123наблюдается внутреннее окисление.
Полученные результаты соответствуют приведённымв литературном обзоре для окисления сплавов двухкомпонентной системы Ni-Cr ссодержанием хрома ниже 10 % и температуре 700 0С, однако реализация подобногослучая в данном эксперименте, проводимого при 1200 К (927 0С), связана, по-видимому, смалым временем отжига. Легирование хромом двух- и трёхкомпонентных систем,содержащих никель и молибден, не только не предотвращает потерю массы образца, но испособствует этому.
В трёхкомпонентных системах Ni-Nb-Cr и Ni-Re-Cr оптимальноесодержание хрома, повышающее окислительную устойчивость, находится на уровне 20ат.% (сплав № 16, № 19, таблица 3.20).Рисунок 3.44. Окисленный сплав № 3 (таблица 3.20): а) микроструктура (1 – сплав; 2 –окисленный слой); б) рентгенограмма окисленного слоя.В сплавах, в которых при отсутствии хрома концентрация ниобия превышаетконцентрацию молибдена и рения, на поверхности происходит образование толстогоокисленного слоя (сплавы №№ 2, 9, 12, 27). В сплавах №№ 9, 12 в окисленной зонеобразуются оксиды NiO и Nb2O5 (рисунок 3.45).
Рентгенограмма окисленной зоны сплава№ 9 приведена на рисунке 3.46.При окислении сплавов, содержащих ниобий, в большинстве систем, гдеотсутствовал молибден или его концентрация была менее 2,5 ат.%, наблюдалосьувеличение массы образца: заметные значения получены при исследовании сплавов № 2(Ni90,0Nb10,0), № 30 (Ni84,9Re1,7Nb6,7Cr6,7) и № 43 (Ni65,0Re1,4Nb1,3Mo2,3Cr30,0).При окислении сплава № 5 состава Ni90,0Re10,0 изменение массы образцапрактически отсутствовало, что связано с образованием плотной двуслойной окисленнойзоны (рисунок 3.47 а). При окислении легированных рением (до 10 ат.
%) никелевыхсплавов трёхкомпонентных систем Ni-Re-Nb и Ni-Re-Mo, увеличение мольной доли ренияспособствоваламеньшемуизменениюокислительной устойчивости сплавов.массыобразцов,следовательно,лучшей124а)г)б)в)д)е)Рисунок 3.45. Микроструктуры окисленных сплавов: а) сплав № 2 (1 – сплав, 2 – окисленныйслой), б) сплав № 27 (1 – сплав, 2 – окисленный слой), в) сплав № 9 (1 – сплав, 2 – окисленныйслой); г) окисленный слой сплава № 9 (1 – твёрдый раствор молибдена в никеле, 2 – оксиднаяфаза), д) сплав № 12 (1 – сплав, 2 – окисленный слой); е) окисленный слой сплава № 12 (1 –твёрдый раствор рения в никеле, 2 – оксидная фаза).Исследование методом ЭЗМА и РФАсплава№25составаNi88,3Re6,7Nb1,7Mo3,3 (рисунок 3.47 б)показало, что окисленная зона, как и всплаве № 5, состоит из двух слоёв:внешнего (слой № 1), состоящего из NiO ине содержащего рений, и внутреннего (слой№ 2), обогащённого рением.
Двуслойные Рисунок 3.46. Рентгенограмма окисленногоокисленные зоны образуются в сплавах, в слоя сплава № 9 (таблица 3.20).которых отсутствует хром, а концентрациярения превышает содержание как ниобия,так и молибдена. Толщина окисленногослоя в этих сплавах значительно превышаеттаковую для сплавов, содержащих хром.125а)б)Рисунок 3.47. Микроструктуры окисленных сплавов: а) сплав № 5 (1 – сплав, 2 – слойNiO, 3 – окисленный слой, обогащённый рением); б) сплав № 25 (1 – сплав, 2 – слой NiO,3 – окисленный слой, обогащённый рением).Определение закономерностей высокотемпературного окисления на воздухесовместно легированных рением, ниобием, хромом и молибденом однофазных никелевыхсплавов от состава играют важную роль, поскольку именно никелевая матрица составляетоснову дисперсионно-упрочнённых сплавов.Для оценки влияния выделений упрочняющей фазы α на устойчивость квысокотемпературномуокислениюнавоздухедвухфазные(α+γ)дисперсионно-упрочнённые сплавы, полученные ранее для измерения твёрдости (таблицы 3.17, 3.18),были подвергнуты окислению по методике, аналогичной той, что применялась дляисследования однофазных образцов.
Результаты исследования этих сплавов представленыв таблице 3.21 и на рисунке 3.48.Таблица 3.21. Концентрация элементов в сплавах, изменение массы в процессе окисленияи толщина окисленного слоя двухфазных образцов (γ+α).1.Концентрация элементов в сплаве,ат.%NiReNbMoCr72,3011,111,15,5-1,0139Толщинаокисленногослоя, мкм240,82.79,807,167,1-0,964380,977,806,73,312,20,148892,24.74,706,31,317,70,260028,85.81,45,611,101,9-1,5009146,76.76,279,508,30,81834,771,46,66,6018,4-0,6863-68,33,26,3022,2-0,0710123,0№3.7.8.СистемыNi-Nb-Mo-CrNi-Re-Nb-Crw, %126Окончание таблицы 3.21.Концентрация элементов в сплаве,ат.%NiReNbMoCr82,35,310,61,800,3131Толщинаокисленногослоя, мкм400,380,75,88,74,80-0,2302143,378,35,47,68,700,507352,012.75,52,58,613,40-0,9078149,713.81,01,98,56,71,91,586211,572,42,76,91,416,6-1,426583,780,65,89,71,91,9-0,7424113,676,54,77,05,95,90,8651-№Cистемы9.10.11.14.15.Ni-Re-Nb-MoNi-Re-Nb-Cr-Mo16.w, %а)б)в)г)д)е)Рисунок 3.48.
Микроструктуры окисленных сплавов (таблица 3.21): а) сплав № 1; б) сплав№ 4; в) сплав № 5; г) сплав № 8; д) сплав № 12; е) сплав № 14.Средидисперсионно-упрочнённыхсплавовнаибольшейустойчивостьюквысокотемпературному окислению на воздухе обладает сплав № 8 (таблица 3.21), так какпри сравнительно небольшой толщине окисленного слоя (123,0 мкм) относительная убыльмассы невелика и составляет 0,0710 %. Следует отметить, что двухфазный сплав № 8(таблица 3.21) является наиболее близким к значениям концентраций легирующих127компонентов однофазных никелевых сплавов, отвечающих наибольшей устойчивости квысокотемпературному окислению на воздухе при 1200 К.Таким образом, выделение фазы α практически не влияет на устойчивость квысокотемпературному окислению на воздухе при 1200 К по сравнению с однофазнымиобразцами, концентрации легирующих компонентов которых находятся в тех жепределах.
Следует отметить, что в упрочнённых фазой α сплавах содержание молибденане оказывает столь сильного влияния на снижение устойчивости к высокотемпературномуокислению на воздухе по сравнению с однофазными сплавами, о чём свидетельствуетнебольшое относительное изменение массы образца при окислении, находящееся впределах ± 1,5 %.128Выводы1.2.3.4.5.6.Комплексом методов физико-химического анализа с использованием метода графовустановлены фазовые равновесия в девяти четырёхкомпонентных системах никеля,рения и переходных металлов V – VI групп при 1375 К, содержащих упрочняющуюфазу α-Ni3(Nb,Ta): Ni-Re-V-Nb; Ni-Re-V-Ta; Ni-Re-Nb-Ta; Ni-Re-Cr-Nb;Ni-Re-Mo-Nb; Ni-Re-W-Nb;Ni-Re-Cr-Ta; Ni-Re-Mo-Ta; Ni-Re-W-Ta.С использованием метода графов осуществлена полиэдрация изотермическихсечений диаграммы фазовых равновесий пятикомпонентной системы Ni-Re-Nb-CrMo при 1375 и 1200 К. Установлено, что при 1375 К никелевый твёрдый раствор (Ni)в этой системе находится в равновесии с фазами α, β, δ, σ, P, Re и образуетпятифазное равновесие P++α+Re+, а при 1200 К Ni образует ещё одно пятифазноеравновесие P++μ'+δ+α с появляющейся в системе тройной фазой μ'.Экспериментально установлена максимальная растворимость легирующихкомпонентов в твёрдом растворе на основе никеля в пятикомпонентной системе NiRe-Mo-Nb-Cr при 1375 и 1200 К, и предложен способ интерполяции полученныхрезультатов кусочно-непрерывной функцией, удовлетворяющий принципусоответствия.Проекция поверхности никелевого твёрдого раствора, описанная кусочнонепрерывной функцией, использована в системе координат для построениядиаграммсостав-структура-свойстводисперсионно-упрочнённыхсплавов.Построены диаграммы состав-структура-твёрдость для трёхкомпонентных системNi-Nb-Mo, Ni-Cr-Mo, Ni-Cr-Re, Ni-Nb-Re, Ni-Cr-Nb, Ni-Mo-Re.
Установлено, что прииспользованном режиме термообработки максимальной твёрдостью обладаютсплавы из двухфазных областей γ+δ (624,1 ± 1,6 HV 0,1) и γ+α (614,9±2,2 HV 0,1)трёхкомпонентной системы Ni-Nb-Mo.Определены значения твёрдости дисперсионно-упрочнённых сплавов свыделяющейся α-фазой в четырёхкомпонентных системах Ni-Re-Nb-Cr, Ni-Re-NbMo, Ni-Nb-Cr-Mo и пятикомпонентной системе Ni-Re-Nb-Cr-Mo. Установлено, чтодля сплавов, упрочнённых α-фазой, при выбранном режиме термообработкизначения твёрдости сплавов четырёхкомпонентных и пятикомпонентной системниже по сравнению со сплавами трёхкомпонентных систем.Установлено, что процесс высокотемпературного окисления на воздухе при 1200 Коднофазных никелевых сплавов пятикомпонентной системы Ni-Re-Nb-Cr-Mo сростом концентрации молибдена приводит к потере массы образцов до 41,5 %,причём присутствие хрома усиливает, а рения подавляет этот процесс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
