Расчет и экспериментальное исследование политермических разрезов фазовых диаграмм

Расчет и экспериментальное исследование политермических разрезов фазовых диаграмм

С этой целью были проведены расчет [63] и предварительная оптимизация состава жаропрочного сплава на основе системы Fe-Cr-Ni- л.э. при помощи программного продукта Thermo-Calc. Программа Thermo-Calc является [43, p.279] широко известным методом термодинамического моделирования, который позволяет строить бинарные диаграммы фазового состояния сплавов на основании зависимости химических составов от температуры.

Исследуемая система Fe-Cr-Ni является многокомпонентной: помимо основных элементов Fe-Cr-Ni для увеличения жаропрочных свойств вводятся дополнительные легирующие, такие как, Nb, Mo, Co,Al и В. Поскольку Ni и Cr являются одними из основных компонентов исследуемого сплава, бинарные диаграммы строились для систем Fe-Ni и Fe-Cr с учетом других указанных легирующих элементов. Для расчетов состава фаз и растворимости элементов в структурных составляющих была использована база данных TCFE6.

На рисунках 3.4 приведены политермические разрезы диаграмм состояния системы Fe-Ni-Cr-л.э. Анализ диаграмм на рисунках 3.4 показывает, что в процессе кристаллизации имеют место значительные фазовые изменения, в процессе которых формируются различные фазы.

Процесс кристаллизации сплава начинается с выпадения γ - (FCC) фазы в качестве первичной фазы. По аналогии с известными аналогичными сплавами γ

- фаза, по-видимому, представляет собой твердый раствор по типу замещения с гранецентрированной решеткой.

Надо отметить, что присутствие α- фазы в конечной структуре нежелательно, т.к. приводит к снижению прочностных свойств и коррозионной стойкости, что немаловажно для сплавов, работающих в высокотемпературных окислительных средах, в которых работает большая часть металлургического оборудования.

Во всем исследуемом диапазоне присутствует фаза Лавеса. Как известно, присутствие фаз Лавеса в большинстве случаев нежелательно, т.к. приводит к снижению прочности. Однако для жаропрочных сплавов присутствие фазы Лавеса оказывает положительное влияние, т.к. способствует повышению длительной прочности сплава [64].

Наибольший интерес с точки зрения жаропрочных свойств вызывает формирование таких фаз, как бориды типа Cr₂B (Cr2B_ORT), нитрид типа NbNi₃ и новая не идентифицированная фаза M₂B (M2B_TETR).

Особый интерес вызывает появление новой, ранее не идентифицированной фазы M₂B, имеющей гексагональную решетку. С учетом

введения легирующих, а также химического сродства этих элементов к бору, логично предположить присутствие в этой фазе таких элементов, как Mo и Nb . Более точная идентификация данной фазы может быть определена с помощью рентгенофазового анализа, который будет проведен при анализе микроструктур опытного сплава.

б)

а - Политермический разрез диаграммы состояния системы Fe-Ni, легированной Nb, Mo, Co,Al и В; б - Политермический разрез диаграммы

Анализ диаграммы системы Fе- Cr, легированной Nb, Mo, Co,Al и В (рисунок 3.4 б) показывает, что при температуре 600°С - 750°С и при содержании хрома порядка 15- 17% образуется крайне нежелательная σ- фаза. Как известно, присутствие σ- фазы приводит к резкому охрупчиванию сплава в любом температурном диапазоне вплоть до температур плавления [60, p.139].

В структуре сплава системы Fe- Cr, легированной Nb, Mo, Co,Al и В также обнаруживаются такие фазы, как α - (BCC) твердый раствор, γ - (FCC) твердый раствор, борид типа Cr₂B (Cr2B_ORT), NbNi₃ и уже ранее обнаруженная фаза типа M₂B (M2B_TETR).

Подтверждение и идентификации данной фазы (M₂B) проводились с использованием SEM-EDS и XRD.

Проведенное моделирование фазовых трансформаций в системе Fe-Ni-Cr, легированной Nb, Mo, Co,Al и В позволяет избежать формирование нежелательных фаз (σ- фаза и α – раствор) в конечной структуре и выявить пределы концентрационных областей, в которых возможно появление этих фаз. Кроме того, моделирование возможного фазового состава сплава с использованием программы Thermo-Calc позволило выявить возможное формирование новой ранее неидентифицированной фазы M₂B, которая может оказать значительное влияние на формирование жаропрочных свойств [63, с.165].

Данный проведенный расчет и предварительная оптимизация состава опытного сплава с помощью ПО Thermo-Calc позволили сузить концентрационные пределы (таблица 3.4) легирующих элементов.

3. 
   
   жүктеу/скачать 5,98 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: