О механизме микролегирования бором и углеродом никелевых

УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
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 коррозионностойких 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.
98
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
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. А.А. Бочвара:
«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, RSPтехнологии. 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 А.В. Структура и свойства быстрозакаленных нержавеющих сталей// Сб.
трудов. Научная сессия МИФИ-2001. М.: 2001. Т.9. С.79–80.
2. Шульга А.В. Влияние 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.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9
99
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
100
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9