Рекристаллизация металлов и сплавов
Горелик С.С.
Металлургия, 1978 г.
НИКЕЛЕВЫЕ И ЖЕЛЕЗНЫЕ СПЛАВЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ДИСПЕРСНЫЕ ФАЗЫ
Влияние дисперсных фаз и их растворение на рост зерна и разнозернистость проверяли на сплавах трех групп: 1) нихром (87% Ni+13% Сr) и жаропрочные сплавы на его основе; 2) спокойная и кипящая сталь 08; 3) сплавы Fe—W и Fe—Si.
Нихром и сплавы на его основе — типа нимоник ХН77ТЮР и ХН70ВМТЮ — были выплавлены в лабораторных и промышленных условиях под вакуумом и в открытых печах. Для выяснения роли различных дисперсных фаз в сплавы Ni—Сr вводили разное количество азота и углерода. Помимо этого, изучали специально отобранные плавки, различающиеся по содержанию кислорода и алюминия.
Состав сплавов Fe—Wи Fe—Si, а также результаты, полученные при их исследовании, частично приведены в гл. V.
Вакуумные плавки нихрома резко выделяются склонностью к росту зерен (рис. 126). Интенсивный рост зерна начинается в них при 1050—1100° С, тогда как в плавках, выплавленных открытым способом (плавка 1), — только при 1200° С, а в наиболее загрязненных плавках (плавка 2) —даже при 1250° С. В вакуумных плавках нихрома с разным содержанием элементов, образующих с хромом устойчивые соединения (С, N2, Ог), рост зерен начинается при тем более низких температурах, чем большей чистотой отличается плавка .
Вместе с тем при высоких температурах нагрева скорость роста зерен в менее чистых плавках очень высокая. В результате различие в величине зерна между вакуумными и невакуумными сплавами с разным содержанием углерода после нагрева при 1200—1250°С начинает уменьшаться, а после нагрева при 1275° С практически исчезает.
Аналогичные зависимости установлены и для сплавов типа нимоник. Следует отметить, что средний размер зерна в сплаве типа нимоник вакуумной плавки с повышенным содержанием азота после нагрева при 1250°С равен величине зерна в вакуумной плавке нихрома. Вместе с тем силы межатомных связей в сплаве ХН77ТЮР, безусловно, больше, а диффузионная подвижность — меньше, чем в нихроме. Следовательно, если определяющее влияние имели бы эти характеристики, то размер зерна в нихроме должен был быть больше размера зерна в нимонике после нагрева по тому же режиму.
Начальные стадии роста зерна сопровождаются островной разнозернистостью. Максимальная разнозернистость возникает почти всегда перед началом интенсивного общего роста зерен.
В интервале 975—1050° С, в котором увеличивается разнозернистость, у невакуумных плавок выявляется резкий подъем электросопротивления.
Коагуляция и растворение дисперсных фаз при нагреве подтверждаются металлографическим и электронномикроскопическим анализами. Существенно важен характер расположения дисперсных фаз. Даже в вакуумных плавках нихрома, частицы нерастворенных дисперсных фаз до начала их растворения залегают в виде почти сплошных цепочек (барьеров) вдоль границ зерен, блокируя их. Рост зерен происходит лишь по мере растворения дисперсных фаз и их коагуляции.
Практически важно знать, с растворением и коагуляцией каких именно фаз в сплавах на основе нихрома связаны возникновение разнозернистости и интенсивный рост зерен. Анализ показывает, что рост зерен тормозится в нихроме фазами, способными к растворению и коагуляции, а не фазами «первичного» типа, образующимися непосредственно при кристаллизации.
Росту зерен в вакуумных плавках в основном препятствуют нитрид CrNи карбид Сг2зС6. Коагуляция и растворение карбидной фазы происходят при более низкой температуре (1000—1100°С), чем нитридной. В результате выше 1100° С сдерживающее влияние карбидов снимается и начинается интенсивное укрупнение структуры. В плавках с повышенным содержанием азота тормозящее влияние дисперных фаз сказывается до боле высоких температур (1200°С),
Фазовый состав осадков, полученных от невакуумных сплавов, включает по меньшей мере четыре фазы: CrN, Сг23С6, Сr2O3 и некоторое количество A1N. Количественное соотношение разных фаз различно. Карбид Сг2зСб содержится в наибольшем количестве в плавке.
где много углерода. При наличии значительных количеств алюминия азот расходуется частично на образование нитрида алюминия, сродство которого к азоту больше, чем хрома. Устойчивость против коагуляции и растворения у ΑlΝ также больше, чем у CrN.
Таким образом, между ростом зерен и возникновением разнозернистости в сплавах типа нихром, с одной стороны, и растворением дисперных фаз — с другой, имеется прямая связь.
Это справедливо и для сплавов на железной основе. При высоких температурах нагрева в спокойной стали, раскисленной алюминием, в результате интенсивного роста зерна его размер оказывается большим, чем в кипящей, в отличие от нагрева при более низких температурах. Интенсивному росту зерен в спокойной стали также предшествует увеличение разнозернистости. Основной фазой, сдерживающей рост зерен в спокойной стали, является нитрид алюминия .