Устойчивость быстрозакаленных микрокристаллических сплавов
|
По сравнению с аморфными сплавами микрокристаллические быстрозакаленные сплавы являются более устойчивыми. Изменения исходной метастабильной структуры этих сплавов в определенной мере сxoдны со второй стадией кристаллизации аморфных сплавов, когда метастабильная кристаллическая структура, полученная на первой стадии кристаллизации, сменяется на равновесную. Устойчивость микрокристаллических сплавов имеет первостепенное значение для практического использования этих материалов. Порошковые материалы из распыленных гранул, порошков, чешуек получают горячим компактированием частиц. Степень наследования положительных качеств исходного микрокристаллического материала зависит от условий нагрева и деформирования и химического состава сплава. При непосредственном использовании быстрозакаленной проволоки или ленты устойчивость исходной структуры влияет на рабочие характеристики изделий. По сравнению с обычными литыми сплавами микрокристаллические сплавы отличаются мелким зерном (0,1—10 мкм), более однородным распределением легирующих элементов по объему, значительным пересыщением твердых растворов, образованием метастабильных промежуточных фаз. В микрокристаллических сплавах увеличена концентрация вакансий и других дефектов кристаллического строения. По сравнению с микрокристаллическими сплавами, полученными на первой стадии кристаллизации аморфных сплавов, быстрозакаленные кристаллические сплавы отличаются более крупным зерном и, видимо, меньшим разнообразием метастабильных промежуточных фаз. Степень пересыщения твердых растворов на основе промежуточных фаз или самих металлов оказывается высокой после полиморфной кристаллизации аморфных сплавов или бездиффузионной кристаллизации в микрокристаллических сплавах. Сравнений уровня пересыщения для обеих разновидностей микрокристаллических сплавов не проводилось, и затруднительно отдать предпочтение какой-либо из них. Можно лишь отметить, что максимальные пересыщения благодаря бездиффузионной кристаллизации — сравнительно редкое явление в микрокристаллических быстрозакаленных сплавах, характерное для высоких скоростей охлаждения и определенных зависимостей Т0 от химического состава сплавов. Характерной особенностью микроструктуры кристаллических сплавов является присутствие дисперсных частиц второй фазы на границах дендритов и между ветвями дендритов, а также в виде строчечных выделений внутри зерен (дендритов) из-за сегрегации атомов на дислокациях. При нагреве микрокристаллических сплавов происходит рост зерен и рекристаллизация, распад пересыщенных растворов, превращения метастабильных промежуточных фаз в более устойчивые фазы. Устойчивость микрокристаллических структур против роста зерен при нагреве связывают с их однородностью по размерам и малой движущей силой внутри зерна. Представляется, что тормозящее действие оказывают также дисперсные частицы вторых фаз, имевшиеся в исходной структуре и образовавшиеся при распаде пересыщенных растворов. Медленный рост зерен, сохранение мелкозернистой структуры, изменение механизма рекристаллизации — типичная особенность многих быстрозакаленных кристаллических сплавов. Распад пересыщенных твердых растворов и превращения метастабильных промежуточных фаз в одном сплаве развиваются с разной скоростью. Это используют для упрочнения материалов во время горячего компактирования частиц или дальнейшей термической обработки порошковых материалов. Сверхпересыщенные твердые растворы с концентрацией элементов выше максимальной равновесной растворимости склонны к прерывистому распаду, что было, в частности, отмечено в порошковом никелевом сплаве. В быстрозакаленных сплавах переход к равновесию происходит также через промежуточные метастабильные состояния, когда из пересыщенных растворов выделяются метастабильные фазы, отличающиеся от равновесных химическим составом или кристаллическим строением. В частности, распад пересыщенных твердых растворов замещения, содержащих углерод, рассматривается в работе. Обращает внимание взаимосвязь между исходными и конечными микроструктурами. В быстрозакаленных сталях формируется метастабильный карбид NbC0,7, подтверждая тем самым образование устойчивых комплексов атом ниобия—вакансия благодаря высокой концентрации вакансий. В исходной ячеистой структуре карбиды не выделяются в матричном растворе и вместо этого концентрируются на границах. Кристаллическая структура выделяющихся карбидов зависит от содержания углерода. В сплавах Fe—Mo—C при низком содержании углерода [~0,2% (по массе)] выделяется М02С, а при повышении концентрации углерода до 0,5% (по массе) выделяются уже карбиды М6С, М23С6. Устойчивость структуры быстрозакаленных кристаллических сплавов определяет несколько возможных путей получения материалов с высокими механическими свойствами. В литом микропроводе со стеклянной изоляцией необходима микрозернистая структура, что гарантирует повышенную прочность. При диаметрах провода ≤10 мкм его временное сопротивление в несколько раз больше, чем такого же материала, изготовленного по обычной технологии. Для эксплуатации литого микропровода и других изделий с исходной закаленной структурой ее устойчивость при нагреве определит верхнюю границу рабочих температур. Когда используются порошковые материалы, полученные горячим компактированием частиц, то в отдельных случаях, по-видимому, можно получить мелкозернистую многофазную структуру, обеспечивающую повышение прочности без необходимости дополнительной термической обработки, В большинстве случаев потребуется термическая обработка порошкового материала, основанная либо на получении пересыщенного раствора и его старении, либо на получении мартенсита в железных сплавах и его отпуске. Несомненно, что технология термического упрочнения порошковых сплавов будет отличаться от технологии, применяемой для обычных материалов такого же химического состава, из-за особенностей фазовых превращений, связанных с быстрой закалкой. |
