РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТРУКТУРЕ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ВО ВТОРИЧНЫХ КАРБИДАХ

Рассмотрено использование рентгеновской спектроскопии в исследовании специфики распределения легирующих элементов в структурных составляющих жаропрочных никелевых сплавов, а именно между вторичными карбидами, поскольку роль карбидов в формировании свойств данных сплавов является сложной. Проведены моделирование термодинамических процессов выделения избыточных фаз с использованием метода CALPHAD в программной оболочке JMatPro, а также исследование структуры и распределения химических элементов в карбидах в зависимости от легирования сплава с использованием растрового электронного микроскопа РЭМ-106И. Установлено, что в типичных карбидах М₂₃С₆ и М₆С для сплава ЖС6К присутствует тенденция к перерождению фазовых реакций в зависимости от уровня легирования заданными элементами. Установлены математические зависимости влияния легирования сплава на температуры выделения (растворения) карбидов и изменения химического состава сплава на содержание элементов в карбидах. При увеличении содержания хрома карбид типа М₆С постепенно вырождается и при 11 мас.% Cr исчезает. При содержании 3 мас.% молибдена в сплаве в структуре образуется топологически плотно упакованная (ТПУ) фаза, при 8 мас.% Mo карбид М₆С приближается к монокарбиду на основе молибдена. Рассчитаны зависимости температур выделения (растворения) карбидов от количества вольфрама в сплаве. Выявлено, что увеличение содержания вольфрама в сплаве повышает температуры выделения (растворения) всех карбидов в сплаве. При концентрации 11 мас.% W в сплаве выделяется ТПУ фаза, что негативно влияет на свойства исследуемой системы. Полученные зависимости экспериментально подтверждены с использованием рентгеновской спектроскопии на жаропрочных сплавах на никелевой основе ЖС6К. Рассчитаны стехиометрические формулы карбидов, проведено сравнение теоретических и практических результатов и установлено их согласие.

жаропрочный никелевый сплав, математическое моделирование, рентгеновская спектроскопия, распределение легирующих элементов, температуры выделения (растворения) карбидов

1. Li Jiang, Wen-Zhu Zhang, Zhou-Feng Xu, He-Fei Huang, Xiang-Xi Ye, Bin Leng, Long Yan, ZhiJun Li, Xing-Tai Zhou. Mater. Design, 112 (2016) 300—308; https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.09.075

2. Xiaoming Dong, Xiaoli Zhang, Kui Du, Yizhou Zhou, Tao Jin, Hengqiang Ye. J. Mater. Sci. Technol., 28 (2012) 1031—1038; https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60169-8

3. Yunrong Zheng, Shusuo Li, Liang Zheng, Yafang Han. Superalloys, 61 (2004) 743—751

4. Bao-ping Wu, Lin-han Li, Jian-tao Wu, Zhen Wang, Yan-bin Wang, Xing-fu Chen, Jian-xin Dong, Jun-tao Li. Int. J. Minerals, Metallurgy Mater., 21 (2014) 58—64; doi: 10.1007/s12613-014-0865-1

5. G. Achamma, М. S. Qureshi, М. M. Malik. Журн. прикл. спектр., 86, № 5 (2019) 746—750 [G. Achamma, М. S. Qureshi, М. M. Malik. J. Appl. Spectr., 86 (2019) 831—835]

6. N. Saunders, M. Fahrmann, C. J. Small. In “Superalloys 2000”, Eds. K. A. Green, T. M. Pollock, R. D. Kissinger, TMS, Warrendale (2000) 803—811

7. ТУ 1-92-177-91 Заготовка шихтовая мерная литейных жаропрочных сплавов вакуумной выплавки. Технические условия

8. С. Т. Кишкин. Литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе, под ред. С. Т. Кишкина, Г. Б. Строганова, А. В. Логунова, Москва, Машиностроение (1987)

9. C. Sommitsch, R. Radis, A. Krumphals, M. Stockinger, D. Huber. Microstructure Evolution in Metal Forming Processes (2012) 337—383; https://doi.org/10.1533/9780857096340.3.337

10. A. Nowotnik. Rzeszow University of Technology, Rzeszow, Poland (2016) 155; https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.02574-1

11. Hiroto Kitaguchi. Open Access Peer-Reviewed Chapter (2012) 210; doi: 10.5772/52011

12. Chao-Nan Wei, Hui-Yun Bor, Li Chang. Mater. Sci. Eng. A, 527 (2010) 3741—3747; doi: 10.1016/j.msea.2010.03.053

13. B. G. Choi. Solid State Phenomena, 124-126 (2007) 1505—1508; https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.124-126.1505

14. Rui Hu, Jinshan Li, Guanghai Bai. Mater. Sci. Eng. A, 548 (2012) 83—88; doi: 10.1016/j.msea.2012.03.092

15. X. Hu, L. Z. Zhou, Y. L. Zhu. Philosoph. Mag. Lett., 95, N 4 (2015) 237—244; doi: 10.1080/09500839.2015.1039621

16. R. Yonghua, H. Geng, G. Yongxiang. Metallography, 22, N 1 (1989) 47—55; doi: 10.1016/0026-0800(89)90021-9