образуются при высоких температурах (815-980 °С) и большом содержа­ нии тугоплавкого металла, как правило, при замещении хрома молибденом или вольфрамом в других карбидах.

Топологически плотноупакованные а-, р- и Лавес-фазы понижают длительную прочность и пластичность сплавов, служат источником заро­ ждения и распространения трещин, ведущих к хрупкому разрушению при низких температурах. При высоких температурах т.п.у. фазы оказывают неблагоприятное воздействие на предел длительной прочности. Они со­ держат большие количества тугоплавкого металла из у-матрицы жаро­ прочного сплава, чем вызывают его ослабление. Кроме того, разрушение при высокой температуре происходит предпочтительно вдоль пластин о- фазы, а не по границам зерен.

5.5. Легирование литых жаропрочных сплавов

Рациональное легирование жаропрочных сплавов с интерметаллидным упрочнением складывается из макро- и микролегирования. Макроле­ гирование достигается легированием элементами, обеспечивающими соз­ дание термически стойкого твердого раствора у, основной упрочняющей у'-фазы и карбидных фаз. Микролегирование в основном ответственно за упрочнение границ зерен и за удаление с поверхности зерен окислов и вредных легкоплавких примесей.

Микролегирующие элементы обычно мало растворимы в никеле, час­ то образуют с его твердым раствором эвтектику, упрочняют границы зе­ рен, предупреждая преждевременное их разрушение под действующей на­ грузкой или под влиянием агрессивной газовой среды.

К макролегирующим элементам относятся:

-у'-стабилизирующие элементы;

-у-стабилизирующие элементы;

-углерод, способствующий дополнительному карбидному или карбонитридному упрочнению.

Микролегирующими элементами являются:

-б ор;

-элементы второй группы периодической системы - магний, кальций,

стронций, барий, элементы третьей группы - иттрий, лантан и лантаноиды. у'-фазу стабилизируют элементы, концентрации которых в ней больше их средних концентраций в сплаве. В современных сплавах в качестве

элементов, стабилизирующих у'-фазу, используются переходные элементы четвертой группы (титан, цирконий, гафний) и пятой группы (ванадий, ниобий, тантал). В более ранних литейных сплавах в качестве у'- стабилизирующих элементов применялись титан, титан и ниобий (тантал)

или один ниобий (тантал). Наиболее жаропрочные сплавы упрочнены сильным /-стабилизирующим элементом - танталом (1,5-8 %). Вышена­ званные элементы пятой группы дополнительно упрочняют твердый у- раствор, а также, будучи сильными карбидообразующими элементами, способствуют образованию карбидов типа МеС и снижают жаростойкость сплавов. Элементы этой группы входят и в двойные карбиды.

К основным у-стабилизирующим элементам относятся элементы шес­ той группы - хром, молибден, вольфрам, расположенные по степени убы­ вания стабилизации у-фазы. В у'-фазе, наоборот, концентрация хрома (2-3 %) меньше концентрации молибдена, а также вольфрама (до =8-9 %). Это имеет существенное значение для жаростойкости сплавов: у'-фаза обогащена алюминием, а у-фаза - хромом (например, в сплаве содержится 10 % хрома, в у-фазе =20 % хрома, в у'-фазе 2-3 % хрома и =8 % алюми­ ния).

Карбидообразующими элементами являются хром, молибден, вольф­ рам, ванадий, ниобий, тантал, титан. Углерод, связывая карбидообразую­ щие элементы по границам зерен в карбиды, увеличивает в пограничной области концентрацию у'-образующих элементов и способствует образова­ нию сетки упрочняющей фазы. Он играет большую роль в литейных нике­ левых сплавах, температурный уровень жаропрочности которых благодаря наличию углерода повышается на 20-25°.

Основным микролегирующим элементом является бор, выделяющий­ ся по границам зерен. Его способность образовывать бориды с легирую­ щими элементами (хром, молибден, вольфрам) благоприпятствует тормо­ жению процессов диффузии основного элемента - никеля по границам зе­ рен, что в значительной степени определяет термостойкость сплавов. Мик­ ролегирующие элементы, как правило, имеют высокое сродство к кисло­ роду; отрицательная величина свободной энергии образования их окислов высокая. Они обладают хорошей сцепляемостью со сплавом. При легиро­ вании сплавов иттрием, кроме того, повышается их сопротивление газовой коррозии в содержащих серу средах. Известно, что магний в малых оста­ точных количествах заметно повышает жаропрочность никелевых сплавов.

Лантаноиды в никелевых сплавах действуют как рафинирующие эле­ менты, но в основном они полезны в качестве легирующих и модифицирующих элементов.

Микролегирующие элементы оказывают наиболее сильное влияние на жаропрочность литейных сплавов и относительно небольшое влияние на их кратковременную прочность. Оптимальная жаропрочность соответству­ ет узкому интервалу содержания микролегирующего элемента.

Добавки кобальта поднимают температуру растворения у'-фазы, улуч­ шая тем самым жаропрочность сплава.