Закономірності структурних та фазових змін нікелевих сплавів під впливом термічного циклу, особливості розчинення та зростання часток основної зміцнюючої структурної складової. Зв"язок структурних змін і високотемпературних характеристик пластичності.
Аннотация к работе
Структурні та фазові перетворення в жароміцних нікелевих сплавах і їх роль в утворенні тріщин в зварних зєднанняхПри її вирішенні головне значення має вивчення структурної стабільності та поведінки g?-фази при підвищених температурах та навантаженнях, а також встановлення зв?язку між структурними змінами в зоні термічного впливу та можливістю одержання з?єднань без дефектів. «Дослідження зварюваності високолегованих сталей та сплавів на нікелевій основі; розробка теорії зварюваності і створення нових технологічних процесів зварювання та матеріалів» (№ДС 0103U005246) та в рамках цільової комплексної програми НАНУ, тема 8.5.19/39 «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (№ДС 0106Г003882) У процесі виконання цих робіт здобувач брав активну участь у розробці плану досліджень, підготовці і проведенні експериментів, обробці й узагальненні результатів. Вивчити закономірності структурних та фазових змін нікелевих сплавів під впливом термічного циклу, особливості розчинення та зростання часток основної зміцнюючої структурної складової нікелевих сплавів g?-фази в діапазоні температур 600…1300 °С. Вперше за допомогою дилатометричного аналізу та розрахунково-експериментальної оцінки розподілу температур в зварному з?єднанні доведено, що ширина зони зварного з?єднання, у якій відбуваються фазові зміни за схемою: g? g®g®g? g, відповідає розмірам температурного інтервалу від повного розчинення часток g?-фази (Tsolvus) до початку плавлення (TL) і пропорційно залежить від ступеня легування матеріалу, режимів зварювання й часу перебування металу вище температури повного розчинення часток g?-фази. Для сплавів з підвищеним ступенем легування, таких як IN738LC (47,3% g?-фази) навіть при високих швидкостях охолодження з температур повного розчинення (vохол = 500 °С/хв) неможливо уникнути виділення дрібних часток g?-фази, але можливо змінити їх конфігурацію та розмір від 0,05…0,15 мкм до 1…3 мкм шляхом регулювання швидкості охолодження.Так для сплавів з вмістом g?-фази >30% підвищення пластичності реалізується за рахунок термічної обробки, в результаті якої може бути отримана структура з покращеними характеристиками відносного подовження т відносного звуження, якщо розмір часток g?-фази досягає більше 0,9 мкм. Беручи до уваги тісний взаємозвязок характеристик пластичності досліджуваних сплавів із процесами, що відбуваються в зоні термічного впливу необхідно дослідити: структурні зміни, що відбуваються в сплавах з різним ступенем легування під час нагріву т охолодження в межах зварювального циклу; відмінності розчинення та росту часток основної зміцнюючої фази при змінюванні інтенсивності термічного нагріву; залежність механічних характеристик від морфології часток g?-фази, які в свою чергу мають безпосередній вплив на зварюваність сплавів, що досліджуються. Дані диференціально-термічного аналізу пяти сплавів з різним ступенем легування показали наявність структурних змін, котрі супроводжуються збільшенням обєму металу при нагріванні й зменшенням обєму металу при охолодженні, що свідчить про розчинення при нагріванні й виділенні при охолодженні часток g?-фази, яка має менший, чим g параметр решітки та дозволили точно визначити кількість g?-фази в цих сплавах. Аналіз літературних даних про залежність пластичних характеристик нікелевих сплавів від ступеня їхнього легування, а також, враховуючи, що підвищення пластичності гальмує розповсюдження тріщин по границях зерен, для зазначених пяти сплавів проводили дослідження залежності високотемпературної пластичності від ступеня легування, морфології часток g?-фази та швидкості охолодження з температур повного розчинення часток g?-фази. Таким чином, зі зміною процентного вмісту g?-фази в металі, що зварюється, міняється температура її повного розчинення, а також фіксується значна зміна пластичності сплавів при різній швидкості охолодження з температур повного розчинення часток g?-фази, це необхідно враховувати при виборі термообробки сплавів перед зварюванням.В процесі зварювання в жароміцних нікелевих сплавах із вмістом g?-фази від 8% до 60% в зоні термічного впливу, в результаті (g g?)®g®(g g?) перетворення утворюються тріщини по границям зерен. Розміри зони, в якій відбуваються фазові перетворення залежить від ступеня легування твердого розчину, температури й часу перебування матеріалу вище температури повного розчинення часток g?-фази (Tsolvus). Наявність мілких часток g?-фази, що знов утворилися під час охолодження і мають розмір 0,05…0,15 мкм (розмір часток g?-фази в основному металі 0,4…0,9 мкм), призводить до підвищення щільності дислокацій та вірогідності утворення тріщин і, як наслідок, збільшенню міцності та рівня залишкових напружень II роду на границі g/g? фаз та І роду на мкрорівні.