36/22 Solidification ofmeta1s and Al1oys, No.36. 1':198

Transkrypt

1 36/22 Slidificatin fmeta1s and Al1ys, N.36. 1':198 Krzepnięcie Metali i Stpów, Nr PAN - Oddział Katwice PL ISSN MECHANIZM WZROSTU POROWATOŚCI W UJEDNORODNIANYCH STOPACH NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ N bal. BOJAR Zbigniew, ZASADA Dariusz Wydział Mechaniczny,Instytut Materiałznawstwa i Mechaniki Technicznej Wjskwa Akademia Techniczna ul. S. Kaliskieg 2, Warszawa STRESZCZENIE W pracy przedstawin wyniki badań wpływu śrdwiska i czasu hmgenizacji na mikrstrukturę raz wzrst prwatści stpu na bazie fazy międzymetalicznej Ni 3 AI, z ddatkami chrmu, mlibdenu, cyrknu i bru. Stsując badania mikrstruktury i prwatści teg stpu w stanie lanym raz p wyżarzaniu ujednradniającym, w temperaturze 1200 C przez kres d 100 gdzin, w pwietrzu lub atmsferze chrnnej argnu stwierdzn, że wyżarzanie ujednradniające skutecznie eliminuje wielfazwść struktury występującą w stanie lanym. Natmiast jedncześnie, w przypadku bróbki w pwietrzu, w wyniku intensywnej dyfuzji tlenu wzdłuż granic ziarn, pwstają wydrębnine wydzielenia tlenku cyrknu i strefy warstww ułżnych tlenków niklu, chrmu i aluminium zwiększające prwat ść materiału. WPROWADZENIE Stpy na bazie faz międzymetalicznych (tzw. intermetale) lub stpy intermetaliczne charakteryzują się szeregiem interesujących właściwści mechanicznych fizyk-chemicznych, które predyspnują je d pracy w pdwyższnej temperaturze - zastswania w przemyśle samchdwym, ltniczym, spżywczym lub hutniczym [1-5]. Isttną zaletą intermetali jest stsunkw względnie ni'ski ciężar właściwy tych materiałów wynikający z wyskiej zawartść aluminium raz względnie niski kszt materiałwy (szczególnie w stpach FeAI). Pdstawwą wadą intemeta1i natmiastjest ich ekstremalnie niska plastycznść [ 1-6]. Niejednrdnść składu chemiczneg wywłana prcesem krystalizacji ptęguje kruchść intermetali. Ddatkw w przypadku zastswań wysktemperaturwych kruch ść jest w szerszy spsób determinwana przez mechanizm dynamiczneg

2 168 utleniania [ 1]. Dlateg też, dbór dpwiedniej temperatury i czasu wyżarzania ujednradniająceg, a także atmsfery, ma isttny wpływ na uzyskaną mikrstrukturę i właściwśc i stpów stswanych w frmie dlewów lub przeznacznych d ewentualnej przeróbki plastycznej. Wyżarzanie ujednaradmające intermetałi, bk zminimalizwania segregacji dendrytycznej, ma także na celu wzrst stpnia uprządkwania ich struktury. Celem pracy jest analiza zmian mikrstruktury i zmian stpnia prwatści stpu na bazie fazy międzymetalicznej Ni 3 Al pdczas prcesu hmgenizacji w pwietrzu raz argnie w temperaturze 1200 C, w czasie d l OOh. MA TERlAŁ l METODY BADAWCZE Badania przeprwadzn na próbkach wałewych 01 O mm x l 00 mm stpie na bazie fazy międzymetalicznej NhAl składzie chemicznym przedstawinym w tabeli l. Materiał trzyman na drdze etapweg tpienia wsadu w indukcyjnym piecu prznwwym typu Balzers. Stan lany w pstaci prętów, pddan wyżarzaniu ujednradniającemu w atmsferze pwietrza lub argnu wyskiej czystści, w temperaturze l200 C. Próbki p ci ęciu elektriskrwym szlifwan i plerwan mechanicznie, a następnie trawin za pmcą dczynnika Marble. Mikrstrukturę stpu badan na zgładach metalgraficznych pprzecznych i wzdłużnych. Analizę struktury, niejednrdnści chemicznej i strnia prwatści prwadzn przy pmcy a.'lalizująceg mikrskpu skaningweg Philips XL30 LaB 6 wypsażneg w detektry SE, BSE, przystawki EBSP, EDS i analizatr brazu SIS. Tabela I. Skład chemiczny badaneg stpu na snwie fazy międzymetalicznej Ni 3 Al -analiza kntrlna Materiał Pierwiastek(% wg.) stp na snwie Ni l Fe l Al l Cr l M l Zr l B l c Ni,Al 78.5 l 0.48 l 9.8 l 7.1 l 1.8 l 1.3 l 0.01 l 0.02 WYNIKI BADAŃ Badany stp na bazie fazy międzymetalicznej Ni 3 Al z ddatkami stpwymi Cr, M, Zr i B wykazuje w stanie lanym złżną budwę wielfazwą. Osnwę stpu stanwi rztwór wtórny y' na bazie fazy międzymetalicznej Ni0} (np. strefy l i 3 na rys. l c), a równlegle w tych samych krystalitach bk bszarów y' występują dwufazwe bszary y + y' (mieszanina rztwru wtórneg i nieuprządkwaneg rztwru stałeg pierwiastków stpwych w niklu np. strefa 4 na rys. l c). P granicach

3 bysaalitów wymiarach liniwych d 200 J.UD., a także w ich bjętści, występują dsbnine wydzielenia znaczne w tej pracy jak Te (np. strefa 2 na rys. Ie) - rztwru stałeg na bazie niklu wyraźnie zubżneg w aluminium i wzbgacneg w chrm w stsunku d taczającej g snwy i bszarów dwufazwych (tabela ll). Długtrwała hmgenizacja stpu na bazie fazy międzymetajicmej Ni~ prwadzna zarówn w pwietizu jak i atmsferze cbrnnej argnu. prwadzi d ujednrdnienia składu chemiemeg i uzyskania jednfazwej struktury (rys.2). Oprócz żmian strukturalnych, zabserwwan wyraźny wpływ czasu hmgenizacji na twardść, udarnść i granicę plastycmści. Czas hmgenizacji badaneg stpu ma także isttny wpływ najeg dprnść krzyjną w śrdwisku chirkwym [7-10). Zabserwwan także isttny wpływ śrdwiska w którym prwadzn prces ujednradniania (pwietrze, argn), na wzrst stpnia prwatści stpu na bazie fazy międzymetalicmej Ni~ wraz z czasem hmgenizacji (rys.2-5). Szczególnie dbitnie widcme jest t, w przypadku prwadzenia prcesu ujednradniania w atmsferze pwietrza. W wyniku przeprwadznych badań, na próbkach wygrzewanych w pwietrzu w temperaturze 1200"C), zabserwwan pwstawanie tlenków w warstwie wierzchniej próbek jak i wewnątrz (rys. 2 i 4), Pwyższeg prcesu nie dntwan natmiast w przypadku próbek wygrzewanych w atmsferze chrnnej argnu w takiej samej temperaturze. Wysunięt wnisek, że zabserwwany prces jest spwdwany dynarniemą ~tlenu, szczególnie p granicach ziarn. 169 PODSUMOW ANIE Na pdstawie wyników badań uzyskanych w niniejszej pracy mżna stwierdzić, iż czas i temperatura wyżarzania ujednradniająceg raz śrdwiska (pwietrze i atmsfera chrnna argnu) isttnie wpływają na wzrst stpnia prwatści badaneg stpu na bazie fazy międzymetalicmej Ni~. Zmiany stpnia prwatści w funkcji czasu i śrdwiska (pwietrze) związane są głównie z pstępującym ujednradnianiem składu chemicmeg, wzrstem stpnia uprządkwania nadstruktury, a szczególnie z dynamiczną dyfuzją tlenu.

4 170 a) b) c) d) Rys. l Mikrstruktura i wyniki mikranalizy fuz w stpie na bazie fuzy międzymetalicmej Ni~ w stanie lanym :. (a) tpgrafia warstwy wierzchniej próbki. (b) braz warstwy wierzchniej z detektra BSE, (c) lkalizacja punktów mikranalizy (wyniki w tabeh), (d) widk granicy zi8ma wewnątrz próbki Tabela H Wyniki punktwej mikranalizy w bszarach na rys. l c miejsce analizy Pierwiastek (% wg.) Ni Al Cr M a l

5 a) b) 171 c) ~ -;~; ~ ' l 4.(>!l'ł,l.l -' ""'-~ t.. p,.... )jj}ft f, 1 r, 1\ ~ -~P. ::.. :::!) ~ -.J...a...:...:w~..:... ~ ~!:.J. 4~~ d) / ---./ / ' l ',' ' l / ''......:- ''J.. ~ ( -~ ~ miejsce aajizy (rys.2c) Ni Al l miejsce aajizy (rys.2d) Ni Al l Pierwiastek(% wg.) Cr M 'b Pierwiastek (% wg.) Cr M 'b Rys. 2 Mikrstruktura i prwatść stpu na bazie filzy międzymctalicme NhA} p l 00 gdzinach wygrzewania w 1200"C w argnie: (a) tpgrafia warstwy wierzchniej próbki. (b) braz warstwy wierzchniej próbki z detektra BSE. (c) lkalizacja punktwych mikranaliz składu chemiczneg w warstwie wierzclmicj, (d) lkalizacja punktów mikranalizy składu chemiczneg w bjęt ci krystalitu.

6 t n a) b) c) d) miejsce analizy Pierwiastek(% wg.) Ni Al Cr M Zr l Rys. 3 Mikrstruktura i prwatść stpu na bazie &zy międz:ymetalicm NhAl p 100 g!)dzinacb wygrzewania w 12000C w pwietrzu: (a) tpgrafia warstwy wierzchniej próbki, (b) braz warstwy wierzchniej z detektra BSE, (c) lkalizacja punktów mikranalizy (wyiliki w tabeh), (d) widk granicy ziarna wewnątrz próbki

7 a) b) ' s J1lll Rys.4 Przykładwe brazy bidame nietrawinych zgładów pprz.ecmych stopu na bazie &zy ~ łfbai p 100 gdzidach wygrzewania w: a) pwietrzu. b) wygrzewauej w argnie 35 - '#. wygra.... w ergnie... c 20 a;... ~ 15 a.. 10 I 30 -~-.. w pwimrzu Czas wygrzewania [h] Rys. 5 lalemść stpia prwatści stpu na bazie &zy ~ łfbai d czasu i śrdwiska wygrzewania w~ 12000C

8 174 LITERATURA [l] J.Bysttzycki, R.AVuin, Z.Bjar lnżydieria Mataiałwa S (1996) [2) J.Byslrzyclci, Z.Bjar, W.Pr.zetakiewicz, R.A Vuin, Wjskwy Prz.eA1 Tecłmicmy,.6, ls (1993). [3) J.Bystrzycki, Z.Bjar, W.Przetakiewi~ V MiędzyDardwe Sympzjum Instytutu Pjazdów Mechaniemych nt: "Oslcnalenie kasttukcji i metd eksplatacyjnych pjazdów mechanicznych", Warszawa, 2-3 grudzień 1993, s. 7. [ 4] J.Bystrzycki. Z.Bjar,' W.Przetakiewicz, APatejuk, B Sympzjmn Naukwe nt:"prblemy techniczn-eksplatacyjne w kszlałcc:iu piltów", Dęblin grudzień 1993 s.6. [5] Z.Bjar, J.Bystrzycki., V Ogólnplska Knferencja Naukwa nt:"materiały narl.ędziwe", Zakpane 2-4 grudzień 1993 s.29. [6] Z.Bjar, J.Bystrzycki W.Przetakiewicz V Knferencja Nakw-Technic.ma ut: "Prblemy rzwju,prdukcji i eksplatacji techniki uzbrjenia" Rynia 1996 s. l07. [7] J.Bystrzycki., Z.Bjar, R.AVarin CIMTEC Frmn n new Materials - Sympsium V "High Perfrmance Materia1s in Engine Tecbnlgy", Flrencja , (1994), Abstracts s.l96. [8] J.Bystrzycki, Z.Bjar, Slidificatin f metais and allys, Międzynardwa Knferencja nt: "S & C f metals", Częstchwa, v.l, 19 ( 1994). (9] Z.Bjar, J.Bystrzycki, J.Biskup, 1SYCONT'94 - "Tryblgia w górnictwie i hutnictwie, Kraków, wrzesień (1994), s.63. ( lo] D.Zasada, Praca dyplmwa. WAT Warszawa