Изменение прочностных свойств монокристаллических никелевых сплавов после длительных высокотемпературных выдержек

Закономерности изменения кратковременных механических свойств сплавов

Результаты определения средних характеристик прочности, получаемых при кратковременных испытаниях безуглеродистых ЖНС на растяжение при Т= 20 °C, приведены в табл. 7.1. В ней приведены данные кратковременных свойств как для сплава ЖС36-ВИ, так и для ВЖМ5-ВИ после проведения полной термообработки (ПТО).

Таблица 7.1

Результаты испытаний на кратковременную прочность образцов из сплавов ЖС36-ВИ и ВЖМ5-ВИ после ПТО.

Фрактографический анализ образцов после разрушения показал, что в изломах образцов наблюдаются поры, которые имеют гомогенизационный и деформационный характер (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Излом образцов ВЖМ5-ВИ после разрушения при 20 «С.

В процессе растяжения образцов из монокристаллических сплавов ВЖМ5-ВИ [001] и ЖС36-ВИ [001] при комнатной температуре скольжение дислокаций начинается в у-фазе, на межфазных границах у/у' образуются клубки дислокаций, а затем отдельные дислокации пересекают частицы высокопрочной у'-фазы. С развитием степени деформации скольжение развивается в обеих уи у'-фазах. При этом происходит локализация пластической деформации в менее прочной у-фазе (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Тонкая структура (ПЭМ) сплава ЖС36-ВИ [001] после деформации при 20 °С: а, б — (у + у')-структура Из рис. 7.3 видно, что после достижения предела текучести следует стадия деформационного упрочнения. После проведения высокотемпературных выдержек в монокристаллах сплава ЖС36-ВИ наблюдается интенсивное упрочнение. Это подтверждает, что монокристаллы с КГО [001] деформируются множественным скольжением по пересекающимся плоскостям в системе (111) [ТО 1 ], в результате наступает быстрое деформационное упрочнение. Растяжение Образцове КГО [001] при Т= 20 °C также не сопровождается значительным поворотом кристаллической решетки.

Рис. 7.3. Кривые растяжения при Т= 20 °C образцов из сплава ЖС36-ВИ [001] после высокотемпературных выдержек:

• 1 — исходный образец; 2 — Т= 1050 °C, т = 1000 ч;
• 3 — Г = 1100 «С, т= 1000 ч; 4 — Т= 1150 °C, т = 200 ч

Деформационное поведение и характеристики прочностных и пластических свойств безуглеродистых монокристаллических ЖНС с (у + у')-структурой (сплавы ЖС36-ВИ, ВЖМ5-ВИ) являются структурно-чувствительными. Это подтверждают результаты определения кратковременных механических свойств (а_{0 2}; а»; б) при Т= 20 °C сплавов после длительных высокотемпературных выдержек (рис. 7.4—7.9).

Сопротивление деформированию монокристаллов никелевых сплавов после температурных выдержек растет с изменением состава у'-фазы, увеличением энергии и плотности межфазных у/у'-границ (размерный фактор) за счет образования смеси (у_н + у'_н)наноразмерного уровня и повышения уровня внутренних напряжений, величина которых связана с параметром несоответствия кристаллических решеток уи у'-фаз. Действие размерного фактора по физическому смыслу аналогично известному эффекту Холла — Петча.

Рис. 7.4. Изменение предела текучести (о_{0 2}) и предела прочности (о_в) образцов из сплава ЖС36-ВИ [001] при Т— 20 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.5. Изменение относительного удлинения (6) и относительного сужения (ф) образцов из сплава ЖС36-ВИ [001 ] при Т— 20 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.6. Изменение предела текучести (о₀₂) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ 1001) при Т— 20 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.7. Изменение предела прочности (а_в) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] при Т= 20 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.8. Изменение относительного удлинения (б) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] при Т= 20 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.9. Изменение относительного сужения (г]>) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] при Т— 20 °C после высокотемпературных выдержек На рис. 7.10 видно, что частицы у'_н-фазы заполняют каналы у-фазы в наноразмерной структуре сплава (у" + у'"), являются эффективным барьером для движения дислокаций при деформации и обеспечивают сохранение высокой прочности после высокотемпературных выдержек. При высокотемпературных выдержках в сложнолегированных монокристаллах с (у + у')-структурой изменяется концентрация легирующих элементов в сплаве, следствием чего может быть изменение параметра несоответствия кристаллических решеток у'- и у-фаз, энергии АФГ и других факторов, влияющих на величину прочностных свойств сплавов.

Рис. 7.10. Тонкая структура (ПЭМ) сплава ЖС36-ВИ 1001J после высокотемпературных выдержек и последующей деформации при Т= 20 °С: а, б-Т= 1200 °C, 50ч;в, г — Т= 1150 °C, 500ч;фе>-Т= 1100 °C, 500ч; ж, и — Т= 1050 °C, 1000 ч В табл. 7.2 приведены данные кратковременных свойств при Т= 975 °C для сплавов ЖС36-ВИ и ВЖМ5-ВИ после ПТО.

Таблица 7.2

Результаты испытаний на кратковременную прочность при Т= 975 С после ПТО

Для зон активной пластической деформации образцов ВЖМ5-ВИ и ЖС36-ВИ при 975 °C типичным является преобладание сдвиговых процессов в одной из ориентаций у-прослоек и «выстраивание» этих прослоек в относительно протяженные (по сравнению с размером частиц у'-фазы) непрерывные линии, в то время как протяженность второй из имеющихся на электронно-микроскопических изображениях ориентации у-прослоек сохраняет связь с индивидуальными у'-частицами, и, по-видимому, в ходе пластической деформации они имеют тенденцию к разрушению (рис. 7.11, а), то есть происходит образование рафт-структуры при высокотемпературной деформации. Наблюдается дислокационное скольжение в частицах упрочняющей у'-фазы, и происходит смена механизма скольжения (рис. 7.11, б).

Наблюдавшиеся электроннограммы, полученные при изучении КГО сплава ЖС36-ВИ, в рабочих зонах исследованных образцов после растяжения всегда содержали рефлексы зоны [001 ] и близких к ней зон, что свидетельствует об отсугствии существенных отклонений исходной ориентации продольной оси изученных образцов от направления [001 ].

На кривых течения монокристаллов с КГО [001] сплавов ВЖМ5-ВИ и ЖС36-ВИ наблюдается площадка текучести, за которой следует протяженная стадия разупрочнения. Такой тип кривых растяжения характерен для скольжения в плоскости куба в монокристаллах со сверхструктурой 1Л₂. Для безуглеродистых монокристаллических сплавов ЖС36- ВИ и ВЖМ5-ВИ характерна высокая пластичность при Т= 975 °C.

На рис. 7.12—7.17 приведены результаты определения кратковременных механических свойств (а_{0 2}; а"; 6; ф) при Т= 975 °C сплавов ЖС36-ВИ и ВЖМ5-ВИ после высокотемпературных выдержек, а на рис. 7.18 — кинетика изменения механических свойств сплавов в зависимости от времени выдержки образцов при различных температурах.

Рис. 7.11. Тонкая структура сплава ЖС36-ВИ [001 ] после деформации.

при Г =975 °С:

а — продольное сечение; б — поперечное сечение.

Рис. 7.12. Изменение предела текучести (о_{0 2}) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.13. Изменение предела текучести (о_в) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.14. Изменение относительного удлинения (б) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [0011 после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.15. Изменение относительного сужения (ф) образцов из сплава ВЖМ5-ВИ [001] после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.16. Изменение предела текучести (о₀,₂) и предела прочности (о,) образцов из сплава ЖС36-ВИ [001] при Т= 975 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.17. Изменение относительного удлинения (6) и относительного сужения (ф) образцов из сплава ЖС36-ВИ [001] при Т= 975 °C после высокотемпературных выдержек.

Рис. 7.18. Тонкая структура (ПЭМ) сплава ЖС36-ВИ [001] после высокотемпературных выдержек и последующей деформации при Т— 975 °С: а, б — Т= 1200 °C, 50 ч; в, г — Т= 1150 °C, 500ч;фс — Т= 1100 °C, 500 ч; ж у и — Т= 1050 °C, 500 ч.