А. В. ШУЛЬГА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
О механизме микролегирования бором
и углеродом никелевых суперсплавов
и жаропрочных нержавеющих сталей
Представлены результаты изучения влияния микролегирования бором и углеродом современных никелевых суперсплавов и жаропрочных коррозионно-стойких сталей, полученных по традиционной технологии и методом гранульной металлургии из быстрозакаленных порошков – микрослитков, на особенности образования твердых растворов, сегрегаций и избыточных фаз. Впервые установлена природа действия микродобавок бора как микролегирующего элемента, оказывающего существенное влияние на поведение углерода. Неоднородность распределения углерода и бора, пространственное расположение областей с повышенной их концентрацией, а также элементов структуры с сегрегациями и выделениями избыточных фаз взаимно дополняют друг друга. Анализ термодинамики и кинетики формирования структуры с учетом легирования карбидо - и боридообразующими элементами замещения свидетельствует о конкурентном поведении микролегирующих элементов внедрения бора и углерода при образовании твердых растворов, сегрегаций и выделений избыточных фаз.
Современные жаропрочные никелевые сложнолегированные сплавы и коррозионно-стойкие стали характеризуются, как правило, ограничением содержания углерода сравнительно низким уровнем (до 0,1 % и ниже) и применением микролегирующих добавок бора (~ 0,01 %).
Известно, что значительное влияние микродобавок на структуру и свойства жаропрочных сталей и сплавов определяют как результат модифицирующего, рафинирующего и микролегирующего действия, тесно связанный с технологией их введения при выплавке.
В соответствии принятой классификацией углерод в никелевых суперсплавах и жаропрочных нержавеющих сталях можно отнести к микролегирующим элементам. Это следует из результатов детального изучения физикохимии углерода при образовании твердых растворов и выделений карбидных фаз. Для бора сведения ограничены и существуют неоднозначные оценки природы его влияния на структуру и свойства жаропрочных сталей и сплавов. В связи с этим актуальным является выяснение механизма влияния микродобавок бора на основе изучения его поведения в жаропрочных сталях и сплавах.
При микролегировании введенный элемент обычно входит в состав матрицы (твердого раствора), взаимодействует с другими элементами и оказывает при этом существенное влияние на ее свойства. Образование выделений в виде соединений с другими элементами, в частности вредными примесями, сопровождается рафинирующим действием, что определяет комплексный характер воздействия.
Таким образом, микролегирование следует рассматривать как актуальное направление металловедения, наиболее тесно связанное с совершенствованием технологии жаропрочных сталей и сплавов в соответствии с определением акад. :
«Металловедение (или учение о металлах и сплавах) есть наука о природе и свойствах металлов и сплавов, об искусственном улучшении свойств металлических материалов путем изменения их химического состава или посредством механического, термического, магнитного и других воздействий…».
Традиционная технология получения сложнолегированных жаропрочных сплавов и сталей в значительной степени исчерпала возможности повышения служебных и технологических свойств. Качественно новый уровень свойств могут обеспечить быстрозакаленные сплавы, полученные с использованием металлургии гранул, RSP - технологии. Высокоскоростное охлаждение расплава (быстрая закалка расплава) является перспективным способом повышения качества литого металла, достижения новых структурно-фазовых состояний. Данная работа является продолжением комплексного исследования закономерностей формирования структуры быстрозакаленных никелевых суперсплавов и жаропрочных сложнолегированных сталей [1], [2].
Проведен детальный анализ результатов исследования влияния микролегирования бором и углеродом никелевых суперсплавов ЭП741НП, ЭП962П и жаропрочных коррозионно-стойких сталей типа ЭП172, ЭП450, полученных по традиционной технологии и методом гранульной металлургии из быстрозакаленных порошков – микрослитков, на особенности образования твердых растворов, сегрегаций и избыточных фаз. Выявлен механизм действия микродобавок бора и углерода.
Список литературы
1. Шульга и свойства быстрозакаленных нержавеющих сталей// Сб. трудов. Научная сессия МИФИ-2001. М.: 2001. Т.9. С.79–80.
2. Шульга микролегирования на структуру и свойства быстрозакаленных никелевых суперсплавов, полученных методом гранульной металлургии // Сб. трудов. Научная сессия МИФИ-2005. М.: 2005. Т.9. С.100–101.
