Stop Fe-25Cr-5Mo-0,82C

Rysunki 56 ÷ 69 przedstawiają mikrostrukturę stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C w stanie lanym oraz jej zmiany po wygrzewaniu przez 4h przy 650, 800, 1000 i 1200°C. Analizując mikrostrukturę w stanie lanym (por. rys. 56 i 57) można zaobserwować wyraźną zmianę morfologii węglików eutektycznych w porównaniu do stopu niezawierającego molibdenu (opisanego w podrozdziale 6.3.1). W przypadku stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C w stanie lanym występują głównie węgliki typu M23C6 (por. rys. 35 i 57c i d) o morfologii wzajemnie połączonych płytek. Jednocześnie należy odnotować, że węgliki znajdujące się na krawędzi obszarów eutektycznych przyjmują większe rozmiary niż węgliki znajdujące się w ich centralnej części. Badania mikrostruktury wlewków laboratoryjnych (por. rys. 33a) przedstawione w pracach [113,115,119,256] wskazują dodatkowo na mniejszy wpływ szybkości chłodzenia na zmianę morfologii węglików w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C niż w przypadku stopu Fe-25Cr-0,79C. Na rysunku 56c w obszarze eutektyki widać ferryt eutektyczny o różnym kontraście, tj. jasne, szare oraz ciemne obszary. Występowanie kilku różnych odcieni ferrytu podczas obrazowania przy użyciu elektronów wstecznie rozproszonych jest najprawdopodobniej związane z tzw. zjawiskiem kanałowania elektronów (z ang. channelling

effect). Świadczy to o tym, że w zależności od obserwowanej kolonii eutektycznej, ferryt w niej

znajdujący się wykazuje różne orientacje. Na rysunkach 56b i d przedstawiono morfologię ferrytu eutektycznego po głębokim trawieniu. Należy zaznaczyć, że podczas trawienia elektrolitycznego odczynnikiem A2, rozpuszczaniu ulegają węgliki. Rysunek 58 przedstawia mapy rozkładu

Rys. 56. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C w stanie lanym. a, c – zgład polerowany, SEM-BSE, b i d – zgład trawiony elektrolitycznie odczynnikiem A2, SEM-SE.

- 104 -

pierwiastków, z których wynika, że obszary eutektyczne są wzbogacone w chrom oraz molibden, co jest zgodne z obliczeniami termodynamicznymi (por. rys. 28b i tabela 7).

Rys. 57. Morfologia węglików M23C6 w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C w stanie lanym. a i b – jasne pole, c – dyfraktogram z obszaru a oraz d – dyfraktogram z obszaru B zaznaczonych na rys. b, TEM.

- 105 -

Na rysunkach 59 ÷ 62 zaprezentowano mikrostrukturę stopu po wygrzewaniu przez 4h przy 650°C, czyli przy temperaturze w której wg obliczeń termodynamicznych powinna wydzielić się nowa międzymetaliczna faza χ, ponieważ temperatura 650°C znajduje się tuż powyżej górnej temperatury występowania fazy σ (por. rys. 20b). Jej pojawienie się powoduje wyraźne zmiany w mikrostrukturze stopu. W przestrzeniach międzydendrytycznych, gdzie w stanie lanym występowała eutektyka węglikowa (por. rys. 56), wydzielenie fazy χ spowodowało utworzenie niemalże litej, ciągłej siatki, co wskazuje na jej zarodkowanie na granicach międzyfazowych węglik/osnowa. Dodatkowo, widoczne są wydzielenia w dendrytach o morfologii połączonych ze sobą i różnie zorientowanych igieł lub płytek (por. rys. 59 i 61b). Zasadniczo, w przypadku faz topologicznie zwartych, do jakich należy faza χ, specyficzne morfologie, tj. płytkowa czy iglasta [286-288], przypisuje się potrzebie zminimalizowania energii niedopasowania sieci krystalicznych na koherentnych granicach pomiędzy wydzieleniem a osnową [288-293].

Rys. 59. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 650°C. a, c i e – zgład polerowany, SEM-BSE, b, d i f – zgład trawiony elektrolitycznie 10% roztworem C2H2O4 w wodzie, SEM-SE.

- 106 -

Innymi słowy, jeśli wydzielenie dzieli z osnową małe niedopasowanie sieci tylko w jednym kierunku, będzie miało tendencję do wykazywania morfologii iglastej z uwagi na dążenie do zminimalizowania jej rozmiarów w pozostałych dwóch kierunkach, gdzie występowało duże niedopasowanie. W sytuacji, gdy wydzielenie posiada z osnową niskie niedopasowanie w dwóch nierównoległych kierunkach, będzie wzrastać do postaci płytki, zdefiniowanej przez te dwa kierunki tak aby zminimalizować energię odkształcenia sieci w trzecim kierunku, w którym występuje duże niedopasowanie sieci krystalicznych. Dodatkowo, w przypadku zaobserwowania różnych zależności krystalograficznych pomiędzy wydzieleniem a osnową, należy spodziewać się występowania różnych parametrów sieci w obrębie jednej fazy [294]. Pomiędzy wydzieleniami w przestrzeniach międzydendrytycznych a wydzieleniami w dendrytach widoczna jest strefa wolna od wydzieleń. Obecność tej strefy wskazuje na występowanie obszaru zubożonego w pierwiastki stopowe, tj. chrom oraz ewentualnie molibden, tworzące fazę χ. Jednocześnie należy odnotować, że w przestrzeniach międzydendrytycznych widoczne są obszary o kontraście zbliżonym do kontrastu dendrytów i morfologii iglastej lub płytkowej. W przypadku trawienia elektrolitycznego, 10% roztwór C2H2O4 w wodzie trawi węgliki, fazy międzymetaliczne oraz podtrawia osnowę (por. rys. 59b, d i f), natomiast odczynnik A2 trawi jedynie wydzielenia, znajdujące się w przestrzeniach międzydendrytycznych (por. rys. 60), zatem obszary o morfologii iglastej lub płytkowej oraz nieregularnych wielościanów, obserwowane w przestrzeniach międzydendrytycznych stanowią osnowę. Potwierdzeniem tego jest rysunek 61a, na którym widać, że pomiędzy wydzieleniami, obserwowanymi w przestrzeniach międzydendrytycznych, występuje osnowa, w której znajduje się duża gęstość dyslokacji. Na rysunku 62 zaprezentowano mapy rozkładu pierwiastków w badanym stanie, które potwierdzają wzbogacenie nowych wydzieleń w molibden, czyli pierwiastek o największej liczbie atomowej w badanym układzie. Z uwagi na powyższe, nowe wydzielenia podczas obrazowania na zgładzie polerowanym (por. rys. 59a, c i e) przy użyciu elektronów wstecznie rozproszonych są widoczne jako jasne obszary.

- 107 -

Rys. 60. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 650°C. Zgład trawiony elektrolitycznie odczynnikiem A2, SEM-SE.

Rys. 61. Morfologia wydzieleń w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 650°C. a – przestrzeń międzydendrytyczna, b – dendryt, jasne pole, TEM.

- 108 -

Rys. 62. Mapy rozkładu pierwiastków w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 650°C.

Zmiany w mikrostrukturze stopu w wyniku wygrzewania przez 4h przy 800°C zaprezentowano na rysunkach 63 ÷ 65. Widoczne są jasne wydzielenia fazy χ zarówno w przestrzeniach międzydendrytycznych jak i w samych dendrytach. Jej obecność, podobnie jak występowanie węglików M23C6, została potwierdzona metodą dyfrakcji elektronowej (por. rys. 64). Nie zidentyfikowano wydzieleń innego typu, ale z uwagi na lokalny charakter badań transmisyjnych nie można wykluczyć ich występowania. Stechiometria fazy χ, która została określona metodą punktową EDS przedstawia się następująco Fe35Cr17Mo6 (60% Fe, 29% Cr, 11% Mo w % at.). Na podstawie analizy mikrostruktury na zgładzie polerowanym oraz trawionym (por. rys 63), można wywnioskować, że faza χ zarodkowała na granicach międzyfazowych węglik/osnowa w pierwszej kolejności kosztem ferrytu eutektycznego, a następnie wzrastała w kierunku dendrytów. Równolegle, dochodziło do jej wydzielania w objętości dendrytów. Należy odnotować, że jej wydzielanie w przestrzeniach międzydendrytycznych nie jest jednorodne w całej objętości, ponieważ można z łatwością wyróżnić obszary w których jej udział objętościowy jest bardzo duży oraz obszary w których dominującą fazą są węgliki eutektyczne. Zjawisko to jest najprawdopodobniej spowodowane mikrosegregacjami, powstałymi podczas krzepnięcia stopu. Szczególnie widoczne jest to na zgładach trawionych odczynnikiem A2, który trawi węgliki (por. rys. 63b, d i f). Z kolei po trawieniu można wyróżnić obszary, w których eutektyka węglikowa zachowała charakter zbliżony do pierwotnego, tzn. wzajemnie połączonych płytek obserwowanych w stanie lanym, uwzględniając oczywiście jej zmiany związane

- 109 -

Rys. 63. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 800°C. a, c i e – zgład polerowany, b, d i f – zgład trawiony elektrolitycznie odczynnikiem A2, SEM-BSE.

z postępem procesów koalescencji i/lub koagulacji, oraz obszary, w których doszło do wyraźnych zmian w morfologii węglików i po trawieniu widoczne są jako nieregularne pustki. Mapy rozkładu pierwiastków pokazane na rysunku 65 wskazują na wyraźnie niższą zawartość żelaza w fazie χ w odniesieniu do węglików, występujących w przestrzeniach międzydendrytycznych.

Wygrzewanie przy 1000°C przez 4h spowodowało wyraźną koalescencję i koagulację węglików eutektycznych, co widoczne jest na rysunkach 66 i 67. Niemniej jednak, stopień zaawansowania ww. procesów pozwala w dalszym ciągu na wyróżnienie konturów dendrytów pierwszorzędowych z drugorzędowymi rozgałęzieniami. W tym stanie zaobserwowano jedynie śladowe ilości fazy o jasnym kontraście, którą najprawdopodobniej jest faza χ.

- 110 -

Rys. 64. Morfologia faz w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 800°C. a i c – jasne pole, b – dyfraktogram z obszaru zaznaczonego na rysunku a, d – dyfraktogram z obszaru zaznaczonego na rys. c, TEM.

- 111 -

Rys. 66. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 1000°C. a – zgład trawiony elektrolitycznie 10% roztworem C2H2O4 w wodzie, b, d – zgład trawiony elektrolitycznie odczynnikiem A2, c – zgład polerowany, SEM-BSE.

Rys. 67. Mapy rozkładu pierwiastków w stopie Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 1000°C.

W wyniku wygrzewania stopu przy 1200°C przez 4 godziny odnotowano występowanie węglików o sferoidalnym kształcie, które powstały w wyniku koagulacji (por. rys. 68 i 69). W przypadku map rozkładu pierwiastków, przedstawionych na rysunku 69, odnotowano wyraźne wzbogacenie węglików w chrom, podczas gdy nie odnotowano różnic w stężeniu molibdenu pomiędzy osnową, a węglikami (por. rys. 69c). Obserwacja ta wydaje się zrozumiała, jeśli weźmie się pod uwagę równowagowy skład chemiczny obu faz, którego osiągnięcie podczas wygrzewania

- 112 -

przez 4h przy 1200°C było możliwe. Dane zestawione w tabeli 7 sugerują, że przy 1200°C osnowa ferrytyczna i węgliki M23C6 powinny zawierać kolejno 2,8 oraz 3,1% at. molibdenu. Tak mała różnica w stężeniu tego pierwiastka znajduje się poza zakresem zdolności rozdzielczej metody EDS, co wyjaśnia dlaczego na mapie rozkładu molibdenu w stopie nie są widoczne węgliki.

Rys. 68. Mikrostruktura stopu Fe-25Cr-5Mo-0,82C po wygrzewaniu przez 4h przy 1200°C. a – zgład polerowany, SEM-BSE, b i c – zgład trawiony elektrolitycznie odczynnikiem A2, SEM-SE.

- 113 -