Интерметаллидным упрочнением

Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов. При сварке разнородных материалоз в зависимости от различия их физико-химических свойств в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из материалов либо химическое или интерметаллидное соединение с решеткой, резко отличающейся от решеток исходных материалов. Механические и физические свойства твердых растворов, особенно химических или интерметаллидных соединений, могут значительно отличаться от свойств соединяемых материалов. Такие материалы относятся к удовлетворительно сваривающимся. Если образуются хрупкие и твердые структурные составляющие в сварном соединении, то в условиях действия сварочных напряжений возможно возникновение трещин в шве или околошовной зоне. В последнем случае материалы относятся к категории плохо сваривающихся.

Структура сплавов А1 — Си — Mg в отожженом состоянии имеет твердый раствор и вторичные включения ряда интерметаллидных соединений (рис. 18.11).

Позднее эта точка зрения была распространена и на металлы, которые не образуют интерметаллидных соединений, но для которых характерно изменение фаз или образование сегрегации легирующих элементов или примесей в вершине трещины в ходе пластической деформации; вследствие градиента состава здесь образуются гальванические элементы. Варианты этой теории содержат предположение, что трещины образуются механически и что электрохимическое растворение необходимо только для периодического сдвига барьеров при росте трещины [25]. Но хрупкое разрушение пластичного металла вряд ли возможно в вершине трещины. Кроме того, было показано, что удаление раствора РеС13 из трещины, образованной в напряженном монокристалле Cu3Au, сопровождается релаксацией напряжений в кристалле и —

Первая группа элементов при легировании никеля образует твердый раствор замещения до тех пор, пока период кристаллической решетки не достигнет 0,370 - 0,388 нм. Дальнейшее легирование элементами Сг, Mo, W приводит к образованию в структуре сплава интерметаллидных соединений - плотно упакованных фаз, присутствие которых, как правило, снижает механические свойства. Следовательно, количество элементов первой группы должно быть таким, чтобы период решетки никелевого твердого раствора не превысил указанных значений. При этом прочностные характеристики однофазных сплавов в литом состоянии следующие: Стц = 588 МПа; стт = 294 МПа. Период решетки твердого раствора на основе никеля при легировании изменяется по уравнению:

Нанесение износостойких покрытий — наиболее распространенный и хорошо разработанный метод улучшения триботехнических свойств материалов. На его базе успешно реализованы различные технологические решения, позволяющие существенно улучшить качество поверхностного слоя и повысить прочность сцепления покрытия с подложкой. Конструирование многослойных покрытий является перспективным направлением поверхностной модификации, позволяющим плавно изменять свойство композиции по глубине и исключить отрицательное влияние хрупкого переходного слоя. Материал подслоя выбирают из соображений химической совместимости с основой, а также в целях исключения образующихся в граничной области хрупких интерметаллидных соединений. Идея создания многослойных покрытий реализована для повышения прочности поверхностных слоев, релаксации остаточных напряжений в модифицированных слоях, а также для увеличения вязкости и трещиностойкости.

При электродуговой наплавке можно получать высококачественные биметаллические листы и заготовки любой толщины и формы, а также наносить покрытия из твердых сплавов, не допускающих обработки давлением. Однако этот способ более дорогой и трудоемкий, чем предыдущие, при нем происходят значительные деформации и требуется последующая обработка поверхности. Метод неприменим в случае образования хрупких интерметаллидных соединений между подложкой и плакирующим слоем. Наиболее эффективен метод при изготовлении профильного проката для оборудования ответственного назначения.

Исследования группы деформируемых аустенитных сталей с различного типа упрочняющими фазами позволили выявить перспективный состав, а в дальнейшем подробно исследовать его свойства, структурную стабильность, рациональную технологию выплавки, отливки, ковки, сварки и термообработки. Это сталь ЦЖПР, она построена на комплексном упрочнении за счет бори-дов и интерметаллидных соединений (у' и фазы типа АВ2). Рационально подобранное легирование привело к сложному структурному составу и, как следствие этого, высокому уровню кратковременных и длительных механических свойств, достаточной кратковременной и длительной пластичности, удовлетворительной структурной стабильности и большой способностью к пластической деформации.

Кристаллические решетки интерметаллидных соединений имеют сложное строение. Повышенная твердость и пониженная пластичность интерметаллидных соединений объясняются сложностью строения кристаллической решетки. Характерное отличие химического соединения металлов от твердого раствора заключается в том, что твердый раствор имеет кристаллическую решетку металла-растворителя, а химическое соединение — свою особую кристаллическую решетку.

В последние годы были активно продолжены исследования сплавов на основе интерметаллидных соединений типа Ti3Al [15],. TiAl и Ni3Al [16]. Системы Ti3Al и TiAl могут составить конкуренцию суперсплавам в области температур 600-815°С, a Ni3Al сплавы конкурентоспособны до 1100°С. В настоящее время представляется, что с точки зрения разработки машиностроительных материалов для газовых турбин

Значительное различие физико-химических свойств алюминиевых и магниевых сплавов, их металлургическая несовместимость уже в процессе производства многослойного полуфабриката приводят к образованию и росту хрупких интерметаллидных соединений, отрицательно влияющих на качество полуфабриката, - вплоть до самопроизвольного разрушения. Это явление может быть исключено путем введения технологических прослоек. Например, введение прослойки технического алюминия со стороны алюминиевого сплава и технического титана со стороны магниевого сплава.

который со временем не затухает, т.е. является стационарным. В этих условиях скорости массопереноса значительно возрастают по сравнению с обычной диффузией. Происходит взаимодействие на границе раздела частиц никеля и алюминия, особенно заметное в гранулах со слоистой структурой, подвергающихся наиболее интенсивной пластической деформации. В результате массопереноса в компонентах гранул образуются перемешанные твердые растворы, которые, распадаясь в процессе МЛ, приводят к образованию зародышей интерметаллидных соединений и их росту. При этом можно предположить, что в слоистых частицах с совершенной текстурой прокатки образование и рост интерметаллидных фаз протекает вдоль направления прокатки с образованием структуры хаотически ориентированных друг относительно друга слоев, состоящих из параллельных игл.

дисперсионного упрочнения жаропрочных сталей, проводимого обычно в комплексе с интерметаллидным упрочнением [упрочняющие частицы — ннтерметаллиды Ni3Ti, Ni3(Al, Ti), Fe2W и др.]. К интерметаллидным соединениям относят и а-фазу, которая образуется в хромоникелевых сталях при длительном нагреве или медленном охлаждении при температурах ниже 900—950° С. Она обладает ограниченной растворимостью в а- и у-твердых растворах и, выделяясь преимущественно по границам зерен, резко снижает пластические свойства и ударную вязкость металла.

Стали с интерметаллидным упрочнением более жаропрочны, чем с карбидным упрочнением.

Для достижения высокой жаропрочности аустенитные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением подвергают термической обработке, которая состоит из двух последовательных операций:

К сталям с интерметаллидным упрочнением относится большая группа сложнолегированных сталей (табл. 12). Основной упрочняющей фазой является фаза, по составу отвечающая соединению NiaTi, а в присутствии алюминия — Ni.,(Ti, A1). При старении возможно образование карбидов типа МС (TiC). Содержание углерода в этих сталях должно быть небольшое, так как он связывает молибден и вольфрам в карбиды, что понижает жаропрочность аусте-нита. Бор упрочняет границы зерен аустепита в результате их рафинирования.

Стали с интерметаллидным упрочнением

/ — алюминиевые сплавы; 2 — титановые сплавы; 3 — ферритные сплавы с 1,25% Сг и 0,5% Мо; 4 — аустенитные стали; 5 — аустенитные стали с карбидным упрочнением; б — ауствкитные стали с интерметаллидным упрочнением; 7 — деформированные никелевые жаропроч ные сплавы; 8 — литые никелевые жаропрочные сплав!* 9 — молибденовые сплавы

3) твердые растворы с интерметаллидным упрочнением (Ni3Ti, Ni?Al,

NijNb). Стали с интерметаллидным упрочнением более жаропрочны, чем с карбидным упрочнением.

В сплавах с интерметаллидным упрочнением (в отличие от сплавов с карбидным упрочнением) по результатам измерения твердости нельзя обнаружить перегрев. Так, детали из сплава ЖС6К, нагретые до температур 1050—1070°С, при определенной выдержке могут существенно изменить свою стойкость. В то же время изменений структуры или твердости обнаружить Не удается 1.

16 жаропрочная с интерметаллидным упрочнением

В сплавах с интерметаллидным упрочнением развитие дисперсионного твердения обеспечивают титан и алюминий. При старения или во время работы сплава эти элементы вместе с никелем образуют интерметал-лидпые фазы типа у'и Ni3Al и тем самым способствуют упрочнению сплава. В сплавах с малым содержанием никеля (до 25%) титан является осн. упрочняющим элементом, а в сплавах на никелевой основе упрочнение связано как с титаном, так и с алюминием. Роль элементов, подавляющих диффузионные про-