книги из ГПНТБ / Шведов Л.И. Хромоникельалюминиевая жаростойкая сталь

излучении по методу эталона. Параметр рассчитывали по линиям (222) аустенита и (222) никелевой фольги, служившей эталоном. Рентгеновским методом проводи­ лась также идентификация фаз.

I. Сталь с 0,2% углерода

Микроструктурный анализ стали с 0,2% углерода, за­ каленной с 1150 °С, показал, что при содержаниях алю­ миния от 0 до 3,4% она имеет однофазную структуру, состоящую из кристаллов аустенита [57]. При концент­ рации алюминия 4,3% наряду с аустенитом присутствует значительное количество феррита, а при увеличении его до 5,6% в структуре обнаруживаются также карбиды в виде белых, довольно крупных включений без резких гра­ ниц (рис. 14, а). Здесь преобладает феррит. С увеличени­ ем концентрации алюминия количество аустенита продол­ жает уменьшаться и при 6,2% алюминия структура со­

ния алюминия количество карбидов возрастает и увели­ чиваются размеры их включений. Увеличение количест­ ва карбидов с повышением содержания алюминия объ­ ясняется тем, что алюминий, как отмечалось выше, растворяясь в аустените, уменьшает растворимость угле­ рода, чем и способствует выпадению карбидов. В иссле­ дуемых сплавах наиболее вероятно образование карбида хрома (Сг23С6).

В микроструктуре сплавов с 4,25—5,6% алюминия наряду с аустенитом и карбидами присутствуют феррит и новая составляющая — р'-фаза. После травления шлифов реактивом Вплелла выделения р'-фазы пред­ ставлены в виде голубовато-серых включений вытянутой овальной формы. Новая фаза является результатом пре­ вращения, происходящего как в аустените, так и в фер­ рите. Но в феррите наблюдается больше включений, чем в аустените. С целью идентификации фазы был прове­ ден фазовый рентгеноструктурный анализ стали с изоли­ рованием составляющих. Предполагалось, что выпадаю-

50

щей фазой является пптерметаллпческое соединение никеля с алюминием. Для выделения ее применялся ме­

веющей стали. Осадок, снятый со стенок мешка и образ­ ца, промывался, центрифугировался, просушивался и по методу порошка подвергался рентгеноструктурному ана­ лизу на установках УРС-50И и ДРОН-1. Съемка полной

рентгенограммы велась в медном излучении без вра­ щения.

Снимался порошок стали, содержащей 0,18 % углерода, 17% xpojvia, 13% никеля, 7,16% алюминия, за­ каленной при 850 С. Полученные линии соответствуют следующим^ углам: 44°50/ (ср.), 64°50' (сл.), 81°40' (оч. сл.), 98° (оч. сл.). Расчет показывает, что средняя по интенсивности линия с двойным углом отражения 44°50' соответствует плоскости (ПО) объемноцентрированной куоическои решетки с параметром 2,878 кХ, что характер­ но для пнтерметаллического соединения NiAl. Остальные лпнпп слабые п, судя по расчету, также принадлежат соединению NiAl.

Результаты опытов, из которых видно, что выделяю­ щаяся в исследованных нами сталях фаза является сое­

вов на никелевой основе при невысоком содержании ни­ келя выделяется фаза NiAl, а не Ni3Al.

Структура сплавов с 6,2—7,2% алюминия состоит из феррита, р -фазы и карбидов хрома. Выделения В'-фазы более мелкие, чем карбидов хрома, и они расположены по всему объему зерна, карбиды же преимущественно выпадают по границам. При 950 °С сплавы, содержащие до г ,у /о алюминия, имеют аустенитную структуру с включениями карбидов. В стали с 3,1-3,4% алюминия наблюдается мелкодисперсный распад аустенита с вы­ делением р -фазы. Сплавы с 4,25-5,6% алюминия име-

52

ют аустенитно-ферритную основу с включениями боль­ шого количества р'-фазы и карбидов. Представленная на рис. 14, в структура сплава с 5,0% алюминия состоит из аустенита (белые крупные зерна), феррита (темные зерна), карбидов (белые полосы по границам зерен) и Р'-фазы двух видов (светло-серые полосы рядом с карби­ дами и мелкие включения в виде распада твердого раст­ вора в феррите и аустените). При 6,15—7,15% алюми­ ния аустенит еще наблюдается в небольшом количестве в виде мелких белых зерен без резких границ. Для чет­ кого разделения карбидов п мелких зерен аустенита шлифы проходили двойное травление реактивами Марбле п Мураками. Последний реактив сильно травит кар­ бидные включения, и они на фотографии выглядят чер­ ными.

При 850°С аустенитную структуру с включениями карбидов хрома имеют сплавы с содержанием алюминия до 2,15%. При 2,3% алюминия появляется р'-фаза в виде мелких включений по границам зерен и повышенной травимостыо самого зерна. В сплаве с 2,9% алюминия наряду с выделениями р'-фазы образуется небольшое количество феррита по границам зерен. Четырехфазная структура (аустенит, феррит, карбид хрома и р'-фаза) сохраняется до содержания алюминия 6,2% (рис. 14, г). При 7,2% алюминия аустенит в сплаве отсутствует и структура его состоит из феррита, р'-фазы н карбидов, расположенных в основном по границам в виде цепочки небольших включений.

При 750 °С в сплавах с содержанием алюминия мень­ ше 2,15% обнаруживается лишь аустенит с включения­ ми карбидов. При 2,15—2,8% алюминия наблюдается распад аустенита с выделением р'-фазы в мелкодиспер­ сной форме, частицы которой расположены в основном по телу зерна (рис. 14, (3). По границам имеются круп­ ные белые выделения карбидов. В сплаве с 2,9% алюми­ ния наряду с р'-фазой п карбидами по границам зерен в в отдельных местах выделились мелкие включения фер­ рита. С увеличением концентрации алюминия количест­ во феррита растет, а аустенита уменьшается. Четырех­ фазная структура сплавов сохраняется до содержания алюминия 6,2%. Как видно из рис. 4, е, более сильный распад и коагуляция частиц р'-фазы имеют место в фер­ ритных зернах. Это объясняется, видимо, тем, что диф-

53

фузнонные процессы в u'-фазе идут быстрее, ^чем в у, вследствие меньшей энергии связи атомов в ней.

В сплаве с 7,15% алюминия аустенита практически нет. Структура состоит из феррита, р'-фазы и карбидов.

2. Сталь с 0,35% углерода

Сталь с содержанием углерода 0,35% в отличие от стали с 0,2% углерода при всех изученных температурах независимо от содержания алюминия имеет в структуре

включения карбидов.

Структура сплавов, содержащих до 5% ^алюминия, при 1150 °С состоит из аустенита и включений карбидов. При 6,2% алюминия появляется феррит уже в сравни­ тельно большом количестве (рис. 15, а). С увеличением концентрации алюминия количество феррита в сплавах увеличивается, а аустенита уменьшается и при 8,5% алюминия его сохраняется очень мало в отдельных ме­ стах шлифа.

При 1050°С двухфазная структура из аустенита и карбидов наблюдается в сплавах с содержанием алю­ миния меньше 4%. При 4% алюминия и более в структу­ ре наряду с аустенитом и карбидами появляется р'-фа- за как результат распада аустенита. В сплавах, содер­ жащих более 6%. алюминия, образуется также феррит. Четырехфазная структура (феррит, аустенит, карбиды и Р'-фаза) сохраняется до содержания в сплавах 8,5% алюминия, а при этой концентрации и выше аустенит от­ сутствует. Па рис. 15, б дана микрофотография структу­ ры стали с 8,5% алюминия. Основа ее — феррит, неболь­ шие белые зерна — карбиды, темные оторочки вокруг зерен карбида п мелкие включения, выпавшие в ферри­ те,— р'-фаза.

Микроструктура стали, закаленной при 950°С, пока­ зывает, что при содержании 3,0% алюминия начинает выпадать р'-фаза, а 4,0%. алюминия — феррит в неболь­ шом количестве по границам зерен. Большое количество

бидов. Последние в результате травления реактивом Мураками приобрели черный цвет.

Изменения структуры сплавов, закаленных при тем­

54

3,5%, а при 750°С — уже при 3%. Микроструктура ста­ ли при 850 °С приведена на рис. 15, а. Из рисунка видно, что при 3,0% алюминия выпадает р'-фаза в большом ко­

ски не имеет, а состоит из феррита, р'-фазы и карбидов. Ряд шлифов, структурные составляющие которых не­ достаточно четко различаются под оптическим микро­ скопом, исследовался под электронным микроскопом. При этом использовался метод реплик. Электронные фотографии структуры некоторых шлифов показаны на рис. 15, д, ж, з, и. При 8,5% алюминия и 1050°С на фото­ графии (рис. 15, ж) отчетливо видны три фазы: феррит (основа), крупное карбидное зерно с круговой окантов­ кой из р'-фазы п сравнительно мелкие ее выделения в виде серых прямоугольников. Выделения р'-фазы имеют правильную форму вследствие того, что они формирова­ лись в течение длительной выдержки при высокой тем­

пературе.

Как видно из рпс. 15, е, микроструктура стали с 1,5% алюминия при 850 °С состоит из двух фаз: аустенита и карбидов хрома (светлых включений различной формы и разных размеров). На микрофотографии стали с 6,2% алюминия при 850°С видны четыре фазы: феррит (осно­ ва), карбиды (светло-серые рельефные выделения раз­ личной формы и разных размеров), р'-фаза (темно-серые выделения в виде окантовки карбидных кристаллов) и аустенит (крупное зерно вверху слева) (рис. 15, ж). При содержании 3,0%. алюминия в структуре присутствуют три составляющие: аустенит (основа), карбиды (крупные зерна) и р'-фаза (мелкие включения неправильной фор­ мы на аустенитном поле) (рис. 15, з); чем ближе к аус­ тенитному зерну, тем более плотно расположены эти включения. С понижением температуры до 750 °С коли­ чество выделений р'-фазы значительно возрастает.

55

женпем температуры смещаются в сторону меньших ко­

При температуре 1050°С имеется только один перегиб, так как феррит и р'-фаза выделяются вместе. При 950 °С второй прегпб выражен неярко, но он намечается при 3,5% алюминия. Начало образования феррита при 850 °С соответствует примерно 3%, а при 750 °С — 2,7% алю­ миния. На рис. 16 (//) показано влияние алюминия на изменение параметра кристаллической решетки аусте­ нита стали с 0,35% углерода, 13% никеля и 17% хрома в зависимости от температуры закалки. Увеличение ко-

Рис. 16. Влияние алюминия на свойства хромоникелевой стали с электросопротивление; в — твердость НВ;

58

личества углерода в стали от 0,2 до 0,35% не оказывает существенного влияния на величину параметра решетки аустенита, так как уже при 0,2% твердый раствор пере­ сыщен им при температуре ниже 1050°С. Но углерод рас­ ширяет аустенитную область в интервале высоких темпе­ ратур. Предел растворимости алюминия в аустените

ствующий началу образования феррита. Он наблю­ дается при 3% алюминия и более. Образование феррита сопровождается ростом параметра решетки аустенита. Данные рентгеноструктурного анализа достаточно хоро­ шо согласуются с результатами микроструктурного ана­ лиза. Более точное совпадение имеет место для высоких температур. При пониженных температурах с помощью

59