Содержание к диссертации
Стр.
введение з
Глава I. ОКИСЛЕНИЕ И АЗОТИРОВАНИЕ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ С МЕТАЛЛАМИ У1А ГРУППЫ
Окисление сплавов никель-молибден 7
Окисление сплавов никель-вольфрам 13
Окисление сплавов никель-хром 16
Влияние молибдена, вольфрама, железа и циркония
на окисление нихромовых сплавов 26
1.5.Азотирование жаропрочных сплавов на основе
никеля 42
Глава П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Постановка задачи 50
Выбор и обработка сплавов для исследования 52
Методика исследования. 53
Термогравиметрический метод 54
Методика исследования процессов азотирования ... 58
Рентгенографический анализ продуктов окисления. . . 63
Дилатометрический анализ 63
Испытание на износ 63
Испытание на длительную прочность 64
Оптическая и растровая электронная микроскопия. Микродюрометрический анализ 64
Глава Ш. КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ С
МЕТАЛЛАМИ У1А ГРУППЫ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ОБРАЗОВАННЫХ ОКИСЛОВ. ВЛИЯНИЕ И МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ДОБАВОК ЖЕЛЕЗА, ЦИРКОНИЯ И АЛКМШИЯ
3.1. Влияние добавок железа на процессы окисления сплавов никель-молибден и никель-вольфрам
Кинетика окисления сплавов никель-молибден и никель-вольфрам с добавками железа 66
Рентгенографический анализ продуктов окисления ... 83
Механизм воздействия железа в сплавах никелъ-мо-
' либден и никель-вольфрам при окислении 89
3.2. Влияние совместного легирования молибденом и воль
фрамом на процессы окисления сплавов M-t5Ct-5fe-No-W*
Кинетика окисления сплавов J/c-fSCr-Sfe-A/a-h/ в зависимости от относительного содержания молибдена и вольфрама . 93
Рентгенографический анализ образованных окислов. . . 100
3.3. Влияние добавок циркония и алкминия на процессы
окисления сплавов *лІі-{5Сг-5&.-8Мо-Єк/.
3.3.1. Кинетика окисления сплавов J\!i~-fsct-5Fe-8Mo~6iY
с добавками алкминия и циркония 101
Фазовый состав образованных окалин 105
Механизм воздействия циркония и алкминия в сплавах jjL-l5tt-5Fe-8M0-W при окислении 105
Длительная прочность сплава Мі-/5С^-5Ге-8Мо -W- /%ъ при 1173 К 106
Выводы НО
Глава ІУ. ВЛИЯНИЕ ОШОСШШШШ) СОДЕРЖАНИЯ МОЛИБДЕНА И
ВОЛЬШМА, ДОБАВОК ЦИРКОНИЯ НА ПРОЦЕСС А30ЖР0-ВАБИЯ СПЛАВОВ
4.1. Кинетика образования нитридных фаз и механизм азоти
рования в сплавах JJC-fSCt-SFe -M,-h/ Ill
4.2.Поверхностное упрочнение образцов сплавов в результате азотирования. Микротвердость и износостойкость. . . 127
4.3. Влияние азотирования на жаростойкость сплавов
Ж-'sCv-ffe-M.-M 133
Выводы 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИЖРАГОЫ 139
Введение к работе
Выполнение задач по индустриальному развитию СССР и Республики Куба, поставленных ХХУІ съездом КПСС и П съездом Компартии Кубы, требует расширения исследований, направленных на создание новых и модернизацию традиционных конструкционных материалов.
Особые требования предъявляются к металлическим сплавам, предназначенным для работы при повышенных температурах. Одной из основных особенностей таких сплавов является сочетание высокого уровня механических свойств со значительной сопротивляемостью окислению, т.е. сочетание жаропрочности и жаростойкости. К указанным материалам, в первую очередь, относятся сплавы на основе никеля и кобальта.
В связи с тем, что Республика Куба располагает богатыми месторождениями никеля, представляются весьма перспективными разработка, создание и применение в промышленности новых конструкционных сплавов на никелевой основе, которые могут быть использованы во многих областях народного хозяйстве Республики Куба.
Никелевые сплавы нашли широкое применение в химической промышленности в качестве коррозионностойкого материала, в атомной энергетике, для изготовления важных деталей авиационной и ракетной техники [&, 3?Jи т.д. Среди никелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов на никель-молибденовой и никель-хром-молибденовой основе особое место занимают сплавы типа Хастелой, применяемые в качестве материала повышенной жаропрочности [ 9,.36 J
Представляется весьма перспективным изыскание возможностей улучшения свойств этих материалов, а также их удешевления. Исследование необходимо проводить в направлении понижения содержания таких дефицитных легирующих элементов, как молибден и вольфрам. Задача заключается в определении оптимального содержания данных
компонентов в сплаве.
В этом плане может, например, сыграть положительную роль замена молибдена и вольфрама некоторым количеством железа. Задача изыскания оптимального состава многокомпонентного сплава на никелевой основе, обладающего повышенной сопротивляемостью окислению, может быть решена путем проведения фундаментальных физических исследований по механизму и кинетике окисления сплавов с различным содержанием легирующих добавок.
Повышение прочностных характеристик поверхностных слоев целого ряда металлических материалов достигается путем несложной технологической операции - азотирования. Данные по изучению этого процесса и его влияния на прочность поверхностных слоев никеля и сплавов на его основе практически отсутствуют. В связи с необходимостью выполнения условия сочетания жаростойкости и прочностных свойств исследование процессов азотирования никелевых жаростойких сплавов и влияния азотирования на их жаростойкость представляет не только научный, но и существенный практический интерес.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:
исследовать влияние совместного легирования сплава никель - 1Ъ% хрома железом, молибденом и вольфрамом, а также влияние соотношения содержания молибдена и вольфрама на параметры кинетики окисления сплавов JH-f5Ct~5fe-Mo-W>
изучить влияние добавок железа (5-20 %) на кинетику окисления сплавов никель-молибден, никель-вольфрам;
исследовать влияние добавок циркония и алюминия (до I %) на процессы окисления сплава J[/L-SSCt,-5Te-8Mo-6}V;
определить для всех исследованных сплавов фазовый состав образующихся на их поверхности окислов и установить корреляцию состава окислов с параметрами кинетики окисления соответствующего сплава;
- изучить кинетику образования нитридных фаз в сплавах
J/c-/SCt-5Te-Ma'l/i/ с различным содержанием молибдена, вольфрама и
1% циркония при азотировании, установить механизм азотирования этих сплавов;
- исследовать влияние азотирования на жаростойкость и износостой
кость образцов сплавов М' 45 (л - 5 FJ - Mo - V.
На основе экспериментальных данных и теоретических обобщений автор защищает:
механизм воздействия добавок железа на повышение сопротивляемости сплавов никель-молибден окислению;
экспериментальные данные по улучшению жаростойкости сплавов J/L-/5^~ffe~SMo-^h/ путем добавок циркония и алюминия;
закономерности образования диффузионного слоя при азотировании сплавов JfL-15Cv-5fe-Mo-W;
экспериментальные данные по влиянию азотирования сплавов M-i5Cv-5f -Mo'W на их жаростойкость и износостойкость.
диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, а также списка основной использованной литературы.
Первая глава содержит обзор советской и зарубежной литературы, в которой рассмотрены процессы окисления никелевых сплавов с молибденом, вольфрамом и хромом, влияние добавок других элементов, а также применение азотирования никелевых жаропрочных сплавов и влияние на их свойства.
Во второй главе на основании анализа современного состояния вопроса сформулирована постановка задачи, указан состав исследованных сплавов, описаны способы приготовления образцов для исследования и экспериментальная методика, использованная в работе.
В третьей главе изложены экспериментальные результаты по кинетике процессов окисления исследованных сплавов, изменению фазового состава образующихся на их поверхности окислов, его корреля-
ция с параметрами кинетики процессов окисления и влияние дополнительного легирования на эти процессы.
В четвертой главе приведены результаты изучения процессов азотирования сплавов с хромом. На основе экспериментальных данных предложен механизм азотирования. Показано влияние азотирования на прочностные поверхностные свойства слоев этих сплавов (твердость и износостойкость) и на их жаростойкость.
