Зернограничное скольжение

Важный аспект термообработки алюминиевых сплавов связав с выбором скорости охлаждения при закалке от температуры обработки на твердый раствор. Этот фактор может влиять на стойкость к КР сплавов серий 2000 и 7000. В естественно состаренных сплавах серии 2000 такое влияние заметно при скоростях охлаждения менее 550 К/с [2, 128]. В работе [157] это объяснялось образованием зернограничных выделений, богатых медью, при сравнительно медленном охлаждении. Низкие скорости охлаждения npvf закалке ускоряют также межкристаллитную коррозию [128]. Изделия из сплавов серии 2000 толщиной свыше примерно 6 мм необходимо подвергать искусственному старению [2], поскольку в этом случае нельзя обеспечить достаточно высокую скорость охлаждения при закалке (искуственным называют старение при температуре выше комнатной).

использующей представление о характере скольжения в матрице [348], что согласуется и с более ранними работами [349, 350]. Эта модель справедлива для сплавов серии 6000 [137], а также 7000: Следует отметить также успешные эксперименты по изменению характера скольжения с помощью термомеханической обработки [160]. Данные, подтверждающие возможное влияние зернограничных выделений, в некоторых случаях выглядят также весьма убедительно [351, 352], особенно если тип скольжения

Наличие зубчатых границ зерен благотворно влияет на характеристики длительной прочности выше эквикогезивной температуры, поскольку тормозит зернограничное проскальзывание. Эта особенность может действовать в литой структуре, но утрачиваться в результате последующей операции горячего изостатического прессования или термической обработки, если скорость охлаждения не регулируется должным образом. Зубчатого строения границ зерен достигают ускорением охлаждения от температуры сольвус у'-фазы, в этом случае образование и перемещение ее зернограничных выделений приводит к образованию и смещению отдельных участков границы зерен [4]. Предварительное условие такого процесса — превышение температуры сольвус у'-фазы по отношению к температуре сольвус карбидных выделений.

видности. Для сплавов на никелевой основе наиболее характерны карбидные выделения типа МС, М23С6 и М6С (табл. 4.3). Выделения МС обычно принимают вид грубых неправильных кубов или иероглифов. М23С6 проявляет заметную склонность к выделению по границам зерен. Обычно это неравномерно расположенные прерывистые выделения округлой формы, хотя наблюдали и геометрически правильные пластины. М6С также может образовывать по границам зерен выделения округлой формы; реже возникает внутризеренная вид-манштедтова структура этих карбидов, ее можно наблюдать, например, в сплаве В-1900. Хотя для установления точной закономерности данных недостаточно, создается впечатление о необходимости избегать непрерывных зернограничных выделений и/или приграничных зон, свободных от выделений, а также видманштедтовых выделений М6С, если стремиться к наилучшей пластичности и длительной прочности сплавов. Примеры микроструктуры с карбидными выделениями характерной и нехарактерной формы представлены на рис. 4.8.

Таким образом, карбиды М6С образуются в тех случаях, когда Мо или W способны заместить Сг в карбидах другого типа; в отличие от более жесткой стехиометрии М23С6 соотношение компонентов в карбидах типа М6С может меняться в широких пределах. Поскольку при высоких температурах карбиды типа М6С более стойки, чем карбиды М23С6, они полезнее в качестве зернограничных выделений, предназначенных для управления размером зерна при обработке деформируемых сплавов.

Очень эффективным способом решения этих проблем оказалась добавка Hf; она позволила получить структуру грани!; зерен, обеспечивающую сплавам повышенную живучесть. Hi растворим в v'-фазе гораздо более, чем в у-матрице, упрочняет -у'-фазу, является чрезвычайно активным карбидооб-1'гювателем. Согласно распространенной теории, управляя количеством зернограничных выделений М23С6/М6С, можно добиться положительного эффекта в виде подавления зерногра-ничного проскальзывания; однако сомкнутые ряды таких выделений создают условия для быстрого распространения трещины. ,

Сплав IN-718, содержащий "большую четверку" тугоплавких элементов (Nb, Та, Mo, W), ведет себя по-другому. При температурах от 840 до 1055 °С лишь немного выделений М23С6 образуется по границам зерен (хотя некоторые из режимов термической обработки были специально разработаны для этой цели). Пленочная оболочка из у '-фазы у этих зернограничных выделений МИС6 по существу отсутствует, поскольку распад выделений МС идет с большим трудом.

8. Управлять формированием зернограничных выделений карбидов и у -фазы, чтобы повысить длительную прочность.

т)-Ф а.з а. Суперсплавы на железоникелевой основе склонны к образованию Tj-фазы с г.п. структурой. Мы рассмотрим две моды такого образования: 1)в процессе ковки и/или термической обработки и 2) в процессе продолжительной эксплуатации. Фаза т) может образоваться в форме: 1) внутризеренных пластинок путем у' —*• т) превращения, порождая иногда видманштедтову структуру, и 2) в форме ячеистых зернограничных выделений. Обе формы этих выделений иллюстрированы на рис. 6.7.

следования, выполненные на сплаве 706, продемонстрировали, что улучшение механических свойств обеспечивают также те режимы ковки и термообработки, которые приводят к образованию глобулярных зернограничных выделений фазы бит/ [46]. Полагают, что благоприятная роль глобулярных зернограничных выделений фаз 6 и/или TJ в сплавах 718 и 706 есть совокупное следствие двух эффектов, обусловленных этими межзеренными частицами, — ограничения роста зерен и подавления дальнодействующего межзеренного проскальзывания.

Оценивая возможность использования стали в виде крупных поковок, прутков и листов толщиной более 25 мм, установили ее склонность к тепловому охрупчиванию при замедленном охлаждении от 1150—1200 °С или при ступенчатом охлаждении в интервале 900—700 РС, связанную с раз-иозернистостью, но главным образом с образованием зернограничных выделений карбидов и карбонитридов титана. Для устранения явления теплового охрупчивания предложен режим термической обработки, включающий закалку от 1150—1200 9С с охлаждением в воде (для растворения

Границы зерен — это тот фактор, который приводит к уменьшению сопротивления ползучести при повышении температуры. Это вызвано тем, что границы зерен являются источниками дислокаций. Они обеспечивают легкость движения дислокаций и диффузии вакансий, в результате чего соседние зерна могут поворачиваться и перемещаться относительно друг друга. В предыдущем разделе рассмотрена сущность деформации ползучести внутри зерен, в данном разделе авторы описывают зернограничное скольжение при ползучести.

На рис. 3.31 показана микрофотография, иллюстрирующая зернограничное скольжение при деформации растяжением би-кристалла свинца. Чтобы исследовать основные характеристики зернограничного скольжения, провели эксперименты, определив свойства границы зерен кристаллов и ориентировку двух кристаллических зерен, путем приложения напряжения в направлении параллельном границе зерен или под некоторым углом к ней. Большое число экспериментов выполнено также на поликристаллических металлах [51, 551. Во всех этих случаях наблюдали аналогичное зернограничное скольжение. На рис. 3.32 приведена

Рис. 3.31. Зернограничное скольжение в бикристалле свинца при растяжении (величина скольжения характеризуется смещением отмето,к) [57]: 1 — граница кристаллов; 2 — отметка

Рис. 3,32. Зернограничное скольжение в поликристаллическом алюминии [58]

1 — удлинение; 2 — зернограничное скольжение; 3 — пересчет величин по оси ординат в масштабе 1/10

микрофотография, иллюстрирующая зернограничное скольжение в поликристаллическом алюминии. В этом случае температура составляла 747 К, напряжение 1,75 МН/м2, деформация 7 %. Внутри указанной зоны;вдоль границы зерен отметки изгибаются, но при этом явного расхождения отметок (такого как на рис. 3.31) не обнаруживается. Это обусловлено тем, что скольжение сопровождается миграцией границ. На рис. 3.33 приведена схема, иллюстрирующая зернограничное скольжение в таком поликристаллическом алюминии. В поликристаллах скольжение затруднено на стыке трех зерен, и поэтому скольжение вдоль границ не является равномерным, а на стыке трех зерен образуются деформационные складки.

а. Зернограничное скольжение увеличивается во времени, как и деформация образца при ползучести.

Форма двух кривых ползучести, приведенных на рис. 3.34, одинакова. Для других металлов обнаружили кривые такой же формы (рис. 3.35). Полученные результаты подтверждают, что зернограничное скольжение зависит от деформации ползучести и обусловлено [61 ] деформацией внутри зерен. На основании подобных экспериментальных результатов считают, что механизм

Зернограничное скольжение содействует образованию не только клиновидных трещин, но и пустот r-типа. На рис. 3.41, а показана модель Чена — Маклина, а на рис. 3.41, в — модель Гифкинса — Маклина, иллюстрирующие это положение. Образование пустот происходит в результате зернограничного скольжения в том месте, где имеется ступенька на границе зерна. Однако авторы модели считают, что эта ступенька имеется с самого начала, в отличие от этого авторы второй модели предполагают, что эта ступенька образуется в процессе ползучести за счет пересечения линией скольжения границы зерна. При этом предполагают, что если происходит релаксация касательных напряжений на верхней, нижней и боковых поверхностях полости, то появляется область концентрации напряжений, в которой действуют растягивающие напряжения. Если высота ступеньки составляет несколько межатомных расстояний, то можно считать, что полость не /сформируется.

теризующие зернограничное скольжение НИИ. ПрИ МЭЛОЙ Деформации

Рис. 6.6. Зернограничное скольжение и зернограничное разрушение стали 18Сг —