' p 3 3 6 4 | 6 b
JAN ADAMCZYK
PROCESY WYDZIELANIA I ICH WPŁYW NA WŁASNOŚCI STALI AUSTENITYCZNE!
' . . : _ ,
Cr - NI - W - Ti
fHHUWf l Kff l Ht t fi ei B-F t e H l n l l M II. 3333
■Si’!-
%**ż K M
... ... . ... ... . ...il l^ ^ m l S S ^ I I - l i l ® ■'. J1 • . •■ ■
. ’* ^ 1 ! ' ' W s \ ’. * ' , , Ł‘ ' i H s ^ T - V
w I w » g
■■i4'-'' ¡i|jl8®il S";‘f'
ł' ii*®/" f ',
’ -; •' ■"•' ■’’ ■’ ‘-:3 , A
' ■■• '■■-■" - i 1; 1 , -c / H H H 4 i-:-B a M W p p M W iM B A M
w ? & <
P O L I T E C H N I K A S L Ą S K A
rZESZYT NAUKOWY Nr 224 - GLIWICE 1968
‘
SPIS TREŚCI
Str.
1. W s t ę p ...3
2. P rzeg lą d p i ś m i e n n i c t w a ...5
2.1. O góln a c h a r a k te r y sty k a sta li a u ste n ity c z n y c h ch ro m o w o - -n ik lo w y c h do p racy w p o d w y ższo n y ch tem p era tu ra ch . 5 2.2. S tru k tu ra fa z i w ła sn o ś c i s t a li a u ste n ity c z n y c h ż a r o w y - t r z y m a ł y c h ...8
2.3. W y d z ie la n ie fa z z p rzesy co n y ch r o ztw o ró w sta ły c h . . 17
2.4. N ie k tó r e z a g a d n ie n ia u m o cn ien ia i p ełzan ia sto p ó w u tw a r d zan ych d y s p e r s y j n i e ...22
3. B a d a n ia w ł a s n e ... 27
3.1. M a teria ł do badań, p rzeróbka p la sty c z n a i obróbka ciep ln a p r ó b e k ... 27
3.2. P r z e b ie g b a d a ń ... 29
4. W y n ik i b a d a ń ... 34
4.1. W yn ik i b ad ań f i z y c z n y c h ...34
4.2. W y n ik i iz o la c ji fa z i r e n tg e n o w sk ie j a n a liz y stru k tu ra ln ej o s a d ó w ... 35
4.3. W y n ik i badań m eta lo g r a fic z n y c h oraz o b serw a cji str u k tu ry cien k ich fo lii na m ik r o sk o p ie ele k tr o n o w y m . . . 37
4.3.1. W yn ik i b ad ań stru k tu ry sta li p rzesy co n ej i zg n iecio n ej 37 4.3.2. W yn ik i badań str u k tu r y s t a li starzon ej . . . 39
4.4. W y n ik i b ad ań m e c h a n i c z n y c h ... 42
5. D y sk u sja w y n i k ó w ... 44
6. W n i o s k i ... 51
L i t e r a t u r a ... 52
■fo-
* V . 3 3 6 - 1 [ 0 g >
' POLITECHNIKA SLĄSKA
V . '
f
ZESZYTY NAUKOW E■*%ViacJr
Nr 224
JAN ADAMCZYK
PROCESY WYDZIELANIA I ICH WPŁYW NA WŁASNOŚCI SIALI AUSTENITYCZNEJ ŻAROWYTRZYMAŁEJ Cr - Ni - W - Ti
PRACA HABILITACYJNA Nr 77
Data otw a r c ia p r z e w o d u h a b ilita c y jn e g o 14. V. 1968 r.
G L I W I C E 1 9 6 8
R ED A K TO R N A C ZE L N Y ZESZY TÓ W N A U K O W Y C H P O L IT E C H N IK I ŚL Ą SK IE J
F ryderyk Staub
R ED A K TO R D Z IA Ł U
R yszard Gryboś
SE K R E T A R Z R ED A K C JI
T adeusz M atula
T O / / M
D ział N au k i — S e k c ja W y d a w n ictw N a u k o w y ch — P o lite c h n ik i Ś lą sk iej G liw ic e , ul. K o n a rsk ieg o 23
N a k t. 2011+115 A r k . w y d . 4,7 A r k . d r u k . 7,2 P a p i e r o f f s e to w y k i. I I I , 70il00, 70 s O d d a n o d o d r u k u 6. 6. 1968 P o d p is , d o d r u k u 5. 9. 1968 D r u k u k o ń . w e w r z e ś n i u 1968
Z a m . 1058 24. 5. 1968 K-22 C e n a zł 6,—
1 . wsTęp
Z w ię k s z a ją c e s i ę wymagania w z a k r e s i e budowy nowoczesnych t u r b i n o ra z s i l n i k ó w tu rb in o w y c h s t w a r z a j ą z a p o trz e b o w a n ie na m a t e r i a ł y k o n s t r u k c y j n e o c o r a z w ię k s z e j ż a r o w y tr z y m a ło ś c i o - r a z o d p o r n o ś c i na p e ł z a n i e . Stosow ane w s p ó ł c z e ś n ie m a t e r i a ł y k o n s t r u k c y j n e żaro w ytrzym ałe t o wysokostopowe s t a l e f e r r y t y c z - ne i a u s t e n i t y c z n e , s t o p y n a osnowie n i k l u i k o b a l t u o r a z s t o py m e t a l i w ysokotopliw ych j a k w o lfram u , m olibdenu i in n y c h . P r z e w a ż a j ą c a l i c z b a wymienionych stopów o s i ą g a wysoką żarow y- tr z y m a ło ś ć po u tw a r d z a n iu d y s p e rs y jn y m , wywołującym r o z p a d p rz e s y c o n e g o r o z tw o r u s t a ł e g o . Złożony s k ł a d chemiczny o ra z ró ż n o ro d n o ś ć p r z e b i e g a j ą c y c h p odczas s t a r z e n i a p rz e m ia n s t r u k t u r a l n y c h spowodowały, że mimo l i c z n y c h p r a c badawczych w ie l e z a g a d n ie ń z te g o z a k r e s u n i e z o s t a ł o d o t ą d d o k ła d n ie p oznanych.
O dnosi s i ę t o zarówno do k i n e t y k i zachodzących p rzem ian f a z o wych j a k i do mechanizmu um o c n ien ia stopów u tw ardzanych d y s p e r s y j n i e .
N a jw ię c e j uwagi pośw ięcono d o t ą d stopom Nimonic n a osnowie n i k l u , utwardzanym d y s p e r s y j n i e w wyniku w y d z i e l a n i a s i ę f a z m ię d z y m e ta lic z n y c h T iN i^ , A l N i j , ( A l , T i ) N i j , a ta k ż e i n n y c h . Wiele p r a c badawczych i opracowań m o n o g ra fic z n y c h d o ty c z y t a k że s t a l i a u s t e n i t y c z n y c h chromowo-niklowych. Obejm ują one j e d nak w p r z e w a ż a ją c e j i l o ś c i z a g a d n i e n i a o d p o r n o ś c i ty c h tworzyw na d z i a ł a n i e ośrodków aktywnych c h e m ic z n ie , k o r o z j i m ię d z y k ry - s t a l i c z n e j i n a p r ę ż e n i o w e j , p r o c e s u o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e g o i p r z e n i a n fazowych zachodzących podczas zsnaiotu o ra z u tw ar
d z a n i a , zw iązanego z w y d z ie la n ie m s i ę f a z w ęglikow ych. M niej uwagi zwrócono n a t o m i a s t na um ocnienie ty c n s t a l i , w y n ik ające i w y d z i e l a n i a s i ę f a z m ię d z y m e ta lic z n y c h n ie w ę g lik o w y c h , mimo i ż w s p ó ł c z e ś n ie stosow ane s t a l e a u s t e n i t y c z n e żarow y trzy m ałe
z a w i e r a j ą znaczne i l o ś c i t a k i c h sk ład n ik ó w j a k t y t a n , n i o b , alum inium , w o lfram , m olib d en i i n n e . P rz y d o s t a t e c z n e j i l o ś c i ty c h sk ład n ik ó w w s t a l a c h a u s t e n i t y c z n y c h chromowo-niklowych o p rócz węglików i w ęglikoazotków tw o rz ą s i ę t a k ż e t a k i e f a z y m ię d z y m e ta lic z n e j a k f a z a 6 , 2 t, 7 , V, f a z y L av e sa WFe2 , MoFe2 , NbFe2 i zło ż o n e MFe2 - g d z ie M-W, Mo, Nb i i n n e , w y w ierają ce duży wpływ n a ża ro w y trz y m a ło ś ć t y c h tworzyw.
J a k k o lw ie k omawiane s t a l e p o s i a d a j ą na o g ó ł m n i e j s z ą ż a r o w ytrzym ałość w porów naniu ze s to p a m i Nimonic czy t e ż I n c o n e l , t o je d n a k z uwagi n a n i ż s z ą cenę stosow ane s ą w Związku R a d z i e c k im , USA i in n y c h k r a j a c h w p rz e m y śle en erg e ty c z n y m , o s i ą g a j ą c po w ła ś c iw e j obróbce c i e p l n e j wysoką ż a ro w y trz y m a ło ś ć , k w a l i f i k u j ą c ą j e w o k r e ś lo n y c h warunkach nawefc do p r a c y w z a k r e s i e t e m p e r a t u r 300 do 1000°C. W ła sn o ś c i t e w y n ik a ją z p rz e m ia n f a zowych, zachodzących p odczas s t a r z e n i a a u s t e n i t u p rz e s y c o n e g o , t j . w y d z i e l a n i a s i ę f a z m ię d z y m e ta lic z n y c h , tr u d n o u le g a ją c y c h w z ro sto w i i s f e r o i d y z a c j i w t e m p e r a t u r a c h p r a c y .
Znaczna i l o ś ć sk ła d n ik ó w stopowych w s t a l a c h a u s t e n i t y c z n y c h ż a ro w y trzy m ały c h powoduje', że r o z p a d p rz e s y c o n e g o a u s t e n i t u j e s t złożony i n i e z o s t a ł d o tą d d o k ła d n ie zbadany. Dotyczy t o zarówno r o d z a j u i m o r f o l o g i i w y d z ie l a ją c y c h s i ę f a z międzyme
t a l i c z n y c h j a k i wpływu ty c h czynników na w ł a s n o ś c i użytkowe s t a l i . W y ja śn ie n ie t y c h z a g a d n ie ń d l a s t a l i z a w i e r a j ą c e j p o n i
ż e j 0,1%C, ok. 15% C r , ok. 25% N i, ok. 4% W, a t a k ż e ok. 2% T i p r z e s y c o n e j , o d k s z t a ł c o n e j p l a s t y c z n i e n a zimno ze zgniotem 0 , 10, 25 i 50% o ra z s t a r z o n e j w z a k r e s i e t e m p e r a t u r 550 do 800°C p r z e z 1 do 500 g o d z in s ta n o w i p r z e d m io t n i n i e j s z e j p r a c y . R o zw iąz an ie p o d j ę t e g o te m a tu b y ł o możliwe d z i ę k i z a s t o s o w aniu wzajemnie u z u p e ł n i a j ą c y c h s i ę metod b adań w ł a s n o ś c i f i
zy cz nych, m echanicznych i s t r u k t u r a l n y c h , w tym t a k ż e c i e n k i c h f o l i i o ra z d y f r a k c j i e l e k t r o n o w e j . Część b adań przeprow adzono w C en traln y m Naukowo-Badawczym I n s t y t u c i e C z a r n e j M e t a l u r g i i im. I . P , B a r d i n a w Moskwie w I n s t y t u t a c h S t a l i Jakościo w y ch i F i z y k i M e t a l i , po d cza s odbywanego s t a ż u naukowego, n a t o m i a s t p o z o s t a ł e b a d a n i a o r a z z a k o ń c z e n ie p r a c y dokonano w K a te d rz e M etaloznaw stw a P o l i t e c h n i k i ś l ą s k i e j .
4
2 . przegląd piś m ien n ic t w a
2 . 1 . Ogólna c h a r a k t e r y s t y k a s t a l i a u s t e n i t y c z n y c h chromowo- n iklow ych do p r a c y w podwyższonych te m p e r a t u r a c h
S t a l e a u s t e n i t y c z n e chromowo-niklowe do p r a c y w podwyższo
nych te m p e r a t u r a c h c e c h u ją s i ę j e d n o c z e ś n i e d u żą ż a r o o d p o r n o - ś c i ą t j . o d p o r n o ś c ią na u t l e n i a n i e o ra z z n a c z n ie w ię k s z ą w po
ró w n an iu ze s t a l a m i f e r r y t y c z n y m i ż a r o w y tr z y m a ło ś c i ą , t j . z d o l n o ś c i ą do p r z e n o s z e n i a o b c ią ż e ń w wysokich te m p e r a t u r a c h .
Dobrą żaro o d p o rn o ś ć zapew nia tym s ta l o m zn ac zn a z a w a rto ść chromu w i l o ś c i od ok. 12 do 25%. Własność t a p o l e p s z a s i ę w m iarę w z ro s tu s t ę ż e n i a chromu w s t a l i . ' W wysokich te m p e r a t u r a c h n a p o w ie r z c h n i wyrobów s ta lo w y c h tw orzy s i ę bowiem c i ą g ł a i ś c i ś l e p r z y l e g a j ą c a do osnowy w arstw a tlen k ó w CrgO^, n i e p r z e n i k l i w a d l a jonów t l e n u m ig ru ją c y c h do m e t a l u i jonów m e ta lu d y fu n d u ją c y c h do o ś r o d k a u t l e n i a j ą c e g o . Własność t ę wy
k a z u j ą t l e n k i C ^ O ^ , S i 0 2 o r a z AlgO^ o s ta ł y m s k ł a d z i e o r a z o w ię k s z e j o b j ę t o ś c i w ła ś c iw e j w porów naniu z . o b j ę t o ś c i ą w ł a ś c i wą rodzim ego p i e r w i a s t k a . W tym p rz y p ad k u u t l e n i a n i e m e ta lu kończy s i ę p r a k t y c z n i e po u tw o r z e n iu o c h ro n n e j warstwy t l e n ków o d o s t a t e c z n e j g r u b o ś c i .
Na ż aro o d p o rn o ść. wpływa t a k ż e z a w a rto ś ć n i k l u , k t ó r e g o obecność w o k r e ś lo n y c h i l o ś c i a c h n a d a j e s t a l i s t r u k t u r ę a u s t e n i t u , o d u ż e j o d p o r n o ś c i na u t l e n i a n i e . Wprawdzie s t r u k t u r ę t ę mogą o s ią g n ą ć s t a l e z a w i e r a j ą c e p o n i ż e j 0,1% C o r a z ok.
18% C r , j u ż p r z y s t ę ż e n i u n i k l u ok. 8% [1-5] C ry s. 1 ) , t o j e d nak z w ię k s z e n ie z a w a r t o ś c i n i k l u p o l e p s z a odporność s t a l i na u t l e n i a n i e , j e ś l i i l o ś ć chromu n i e p r z e k r a c z a ok. 20% ( r y s . 2 ) . P rz y wyższych z a w a r t o ś c i a c h chromu i s t n i e j ą optym alne z a w a rto ś c i n i k l u , z a p e w n ia ją c e tym s ta l o m n a j l e p s z ą ż a r o o d p o r n o ś ć . S t ą d w s p ó łc z e ś n ie wytwarzane s t a l e a u s t e n i t y c z n e żaro o d p o rn e
z a l e ż n i e od wymagań mają ś c i ś l e o k r e ś lo n y s t o s u n e k z a w a r t o ś c i chromu do n i k l u , a w s z c z e g ó l n o ś c i :
- 18 do 20% Cr i 8 do 10% Ni - stosow ane n a j c z ę ś c i e j do p r a c y w o ś ro d k a c h c i e k ł y c h , w ykazują z a d o w a la ją c ą ż a r o o d p o r -
5
ność w a t m o s f e r z e u t l e n i a j ą c e j do ok. 900°C, zaś r e d u k u j ą c e j i z a w i e r a j ą c e j z w ią z k i s i a r k i do 700°Ci
- 20 do 25% Cr i 12 do 13% Ni - o podobnym p r z e z n a c z e n i u j a k s t a l e grupy p o p r z e d n i e j , c e c h u j ą s i ę je d n a k d o b rą ż a r o o d - p o r n o ś c i ą w a tm o s fe rz e u t l e n i a j ą c e j do ok. 1100°C, n a t o m i a s t r e d u k u j ą c e j i z a w i e r a j ą c e j z w ią z k i s i a r k i do ok. 900°C;
- 20 do 25% Cr i 18 do 20% Ni o r a z zazwyczaj 1 do 2% S i o podobnych w ła s n o ś c ia c h j a k s t a l e grupy p o p r z e d n i e j .
Oprócz wymienionych, stosow ane s ą g łó w n ie do budowy s t a c j o n a rn y c h t u r b i n wysokoprężnych s t a l e z a w ie r a ją c e od ok. 14 do 2 % C r , 20 do 26 lu b ok. 35% N i , a ta k ż e in n e s k ł a d n i k i s t o powe [1, 2 , 6 ] .
Ż arood p o rn o ść s t a l i p o l e p s z a j ą z n a c z n ie n i e w i e l k i e i l o ś c i p ie rw ia s t k ó w a l k a l i c z n y c h oraz ziem r z a d k i c h j a k n p . w apnia a s z c z e g ó l n i e c e r u [7-13]* J e d n a k mechanizm o d d z ia ły w a n ia ty c h sk ład n ik ó w na z m n ie js z e n ie s z y b k o ś c i u t l e n i a n i a s t a l i w wyso
k i c h te m p e r a t u r a c h d o tą d n i e z o s t a ł d o k ła d n ie w y ja ś n io n y . Do
tychczasow e t e o r i e d o ty c z ą c e te g o z j a w i s k a p r z y jm u ją , że wpro
wadzone do c i e k ł e g o m e ta lu s k ł a d n i k i wysokoaktywne początkowo w y s tę p u ją w s t a l i w s t a n i e rozpuszczonym . Wskutek w ysokiego po
winowactwa chemicznego do t l e n u s k ł a d n i k i t e po d cza s wygrzewa
n i a s t a l i w w ysokich te m p e r a t u r a c h d y f u n d u ją na p o w ie rz c h n ię wyrobu i t u t a j p r z e j a w i a j ą swoje o d d z i a ły w a n ie , bądź t o w s a mej w a rs tw ie tle n k ó w bądź t o na g r a n i c y m iędzyfazow ej t l e n e k - m e t a l . U w z g lę d n ia ją c znaczną o b j ę t o ś ć jonową H essenbruch [ 7 ] , w skazuje n a możliwość blok o w an ia d ró g d y f u z j i p rz e z jony p i e r w iastków wysokoaktywnych w w a r s tw ie tle n k ó w , p r z e c i w d z i a ł a j ą c dalszem u u t l e n i a n i u s i ę s t a l i . Według in n y c h t e o r i i , d y fu n d u - j ą c e na p o w ie rz c h n ię jony dom ieszek p r z e j a w i a j ą swoje o d d z ia ływ anie n a g r a n ic y m iędzyfazow ej m e t a l - t l e n e k , p r z e g r a d z a j ą c jonom drogę d y f u z j i w k ie r u n k u p o w ie r z c h n i u t l e n i a n i a , t j . na g r a n i c ę t l e n e k - p o w i e t r z e [8] lu b t e ż b l o k u j ą d y f u z j ę k ationów z z e w n ą t r z , n i e p r z e s z k a d z a j ą c je d n o c z e ś n i e d o s tę p o w i t l e n u z o ś ro d k a aktywnego ch em icz nie [9] . W o s t a t n i m p rzypadku na po
w ie r z c h n i m e ta lu winna s i ę tw orzyć c h ro p o w ata w arstw a tle n k ó w , s i l n i e p r z y l e g a j ą c a do p o d ło ż a . Horn [10] p rz y jm u je n a t o m i a s t ,
6
że jony dom ieszek n i e d y f u n d u ją do p o w ie r z c h n i l e c z z uwagi na dużą o b j ę t o ś ć jonową wywołują e k s p a n s j ę s i e c i r o z t w o r u , s p r z y j a j ą c tym samym m i g r a c j i atomów chromu w k i e r u n k u tw o r z ą c e j s i ę tle n k o w e j w arstw y o c h r o n n e j . W i n n e j p r a c y [11] sk upieniom atomów dom ieszek na g r a n i c y m iędzyfazow ej m e t a l - t l e n e k p r z y p i s u j e s i ę o d d z ia ły w a n ie a d a p t a c y j n e , między z n a c z n ie ró ż n ią c y m i s i ę r o z s z e r z a l n o ś c i ą c i e p l n ą osnową i t l e n k i e m o ra z p r z e o b r a ż e n i e s i e c i tlen k ó w p o l e p s z a j ą c e w ięż i wzajemne p o w ią z a n ie z s i e c i ą osnowy. B a d a n ia przeprow adzone na s to p a c h Nimonic z d o - d o datkiem aktywizowanego c e r u [12] n i e u j a w n i ł y t e g o s k ł a d n i k a w s t a n i e rozpuszczonym , t j . zdolnym do d y fu z y jn e g o p rz e m ie s z c z a n i a s i ę w m e t a l u . P o l e p s z e n i e o d p o rn o ś c i na u t l e n i a n i e p r z y p i s u j e s i ę tlen k o m tworzącym s i ę w s t o p i e p r z y u d z i a l e t l e n u d y fu n d u ją c e g o z zew n ą trz w g łą b m a t e r i a ł u . T l e n k i t e u - ł a t w i a j ą m i g r a c ję atomów chromu na p o w i e r z c h n i ę , a po n ad to z w ię k s z a ją więź między utworzonymi warstwami tlenkow ym i i osno
wą, A utor cytow anej p r a c y w skazuje na duże praw dopodobieństw o w ystępow ania p r z e d s ta w io n e g o mechanizmu o d d z ia ły w a n ia omawia
nych dodatków w s t a l a c h i s t o p a c h ż e l a z a chromowo-niklowych, a t a k ż e chromowo-aluminiowych, n i e z a w i e r a j ą c y c h n i k l u .
Oprócz z a d o w a l a ją c e j ż a r c o d p o r n o ś c i s t a l e a u s t e n i t y c z n e chromowo-niklowe p o s i a d a j ą wysoką ż a r o w y tr z y m a ło ś ć , wyznacza
ną na p o d s ta w ie prób p e ł z a n i a i w y tr z y m a ło ś c i c z a s o w e j , 7/ynika ona z w ł a s n o ś c i a u s t e n i t u o s i e c i r e g u l a r n e j ś c ie n n i® c e n t r o w a n e j, c e c h u ją c e g o s i ę o g r a n ic z o n ą s z y b k o ś c i ą d y f u z j i w z a k r e s i e do ok. 650°C. Ż arow ytrz ym ałość omawianych s t a l i w z r a s t a ze zw iększeniem z a w a r t o ś c i chromu i n i k l u . J e d n a k s t a l b a r d z o b o g a t a w n i k i e l , z a w i e r a j ą c a ok. 15% Cr i 35% Ni w porów naniu z p o z o s ta ł y m i grupami wykazuje n i ż s z ą ża ro w y trz y m a ło s ć l e c z w o d r ó ż n i e n i u od n i c h p o s i a d a a u s t e n i t s t a b i l n y , n i e d o z n a ją c y p rz e m ia n fazowych po d cza s d łu g o t r w a ł e g o w ygrzew ania.
Wytrzymałość na p e ł z a n i e o ra z w ytrzy m a ło ść czasowa ty c h s t a l i z a l e ż ą ta k ż e od z a w a r t o ś c i w ęgla i innych s k ład n ik ó w s t o powych, j e d n o r o d n o ś c i s t r u k t u r y , r o d z a j u i r o z m i e s z c z e n i a f a z m i ę d z y m e ta lic z n y c h , w i e l k o ś c i z i a r n a , o b r ó b c i c i e p l n e j , z g n io
t u a t a k ż e innych czynników.
7
2 . 2 . S t r u k t u r a f a z i w ł a s n o ś c i s t a l i a u s t e n i t y c z n y c h ż a r o wy tg zymałych
S t a l e a u s t e n i t y c z n a chromomo-niklowe p r z y stosunkowo wyso
k i e j w y tr z y m a ło ś c i ok. 588 do 686 MN/m2 (6 0 do 70 kG/mm2 ) , w y d łu żen iu ok. 60% i u d a r n o ś c i ok. 1 , 9 6 do 2 , 4 5 MJ/m2 ( 2 0 do 25 kGm/cm ) p o s i a d a j ą n i s k ą g r a n i c ę p l a s t y c z n o ś c i RQ 2 ° k .O 196 do 245 MN/m2 (20 do 25 kG/mm2 ) i tw a rd o ś ć ok. 120 do 150 HB. P odw yższenie w ł a s n o ś c i w ytrzym ałościow ych o s i ą g a s i ę za
równo p r z e z wprowadzenie s k ład n ik ó w stopowych tw o rząc y ch r o z tw ory s t a ł e j a k i f a z y m i ę d z y m e ta l ic z n e , w y d z i e l a j ą c e s i ę z p rz e s y c o n e g o r o z tw o r u s t a ł e g o p odczas s t a r z e n i a . O bszerne b a d a n i e wpływu S i , Mo, W, V, N i, Mn, Co, Cu, C, N, B, P o ra z rów noczesnego o d d z i a ły w a n ia C + N, C + T i , Ni + A l, a t a k ż e Ni + Al + T i na p o d a tn o ść s t a l i a u s t e n i t y c z n y c h chrom ow o-ni- klowych do u tw a r d z a n ia podczas przem iany p rz e s y c o n e g o a u s t e n i t u p r z e d s ta w io n o w p r a c a c h [13, 1 4 ] .
S tw ie r d z o n o , i ż obecność sk ład n ik ó w stopowych ro zp u s z c z o n y c h w r o z tw o r z e wpływa n i e z n a c z n i e na u m o c n ie n ie , je d n a k wytrzyma
ł o ś ć s t a l i w t e m p e r a t u r a c h podwyższonych p o l e p s z a s i ę . Wyższe w ł a s n o ś c i w ytrzym ałościow e p o s i a d a j ą s t a l e u tw ardzane d y s p e r s y j n i e w wyniku w y d z i e l a n i a s i ę z p rz e s y c o n e g o a u s t e n i t u f a z m i ę d z y m e ta lic z n y c h . W tym przypadku n a jw ię k s z e o d d z ia ły w a n ie w ykazują w ę g ie l o ra z w mniejszym s t o p n i u a z o t i b o r , tw o rz ą ce f a z y międzywęzłowe. P odczas s t a r z e n i a s t a l i w z a k r e s i e tem
p e r a t u r 700 do 800°C z p rz e s y c o n e g o a u s t e n i t u w y d z ie l a s i ę z ł o żony w ę g lik chromu M2^C& ( g d z i e M-Cr, F e , Mo, W, N i, V) o s i e c i r e g u l a r n e j z ł o ż o n e j . Z a ro d k i te g o w ę g li k a tw o r z ą s i ę głów
n i e na g r a n i c a c h i w p r z y g r a n i c z n y c h s t r e f a c h a u s t e n i t u , zacho
wując ś c i s ł ą o r i e n t a c j ę p r z e s t r z e n n ą z f a z ą ^ [15 - 17] > a w s z c z e g ó l n o ś c i :
(0 1 0 h i ( ° 1 0 ) M2J0 6 [ 1 0 0 ] , / / [100]„23C(_
8
I l o ś ć węglików M2JC6 o ra z u tw a r d z e n ie s t a l i zw ię k s z a s i ę ze w zrostem z a w a r t o ś c i w ęg la [13 14] . Na p r z y k ł a d s t a l zaw ie
r a j ą c a ok. 18% Cr i 10% Ni o r a z 0,21% C i 0,0351% N p r z e s y c o n a z 1050°C w wodzie i s t a r z o n a w 700°C p r z e z 100 g o d z in p o s i a d a Rm = 707 MN/m2 (72 kG/mm2 ) ; RQ 2 = 324 MN/m2 ( 3 3 kG/mnĄjA* =
= 44,2%, po d cza s gdy podobna s t a l o z a w a r t o ś c i 0,41% C i 0,25%N po t e j samej obróbce c i e p l n e j o s i ą g a : Rm = 1060 MN/m2 (108 kG/mm2 ) ; RQ , = 652 MN/m2 ( 6 6 , 5 kG/mm2 ) i A* = 14,3%. Podobnie j a k w ę g ie l l e c z n i e c o s ł a b i e j o d d z ia ły w u je a z o t . P r z y m a łe j z a w a r t o ś c i w ę g la podw yższenie z a w a r t o ś c i a z o t u n i e z n a c z n i e z m n ie js z a e f e k t u tw a r d z a n ia p r z y s t a r z e n i u , co związane j e s t ze wzrostem r o z p u s z c z a l n o ś c i w ęgla w a u s t e n i c i e . J e d n a k p r z y w y so k ie j z a w a r t o ś c i a z o t u w y d z i e l a n i e s i ę d u ż e j i l o ś c i a z o t - ' ków u z u p e ł n i a um ocn iają cy wpływ węglików [14].
U tw a rd z a ją c y wpływ węglików “ 23C6 w z r a s t a po uprzednim od
k s z t a ł c e n i u p la s ty c z n y m s t a l i n a zimno i z w ię k s z a s i ę z w i e l k o ś c i ą z g n i o t u . W t y c h warunkach w ę g l i k i chromu w y d z i e l a j ą s i ę w w a u s t e n i c i e , głów nie n a pasmach p o ś l i z g u , g r a n i c a c h z i a r n i b l i ź n i a k ó w , p r z y czym z uwagi n a w z r o s t s z y b k o ś c i d y f u z j i w ęg la w zgniecionym r o z tw o r z e ^maksymalna w a r to ś ć tw a rd o ś c i s t a l i p r z e m ie s z c z a s i ę ze w zrostem s t o p n i a z g n i o t u do n i ż s z y c h t e m p e r a t u r s t a r z e n i a [18]. W ę g lik i M23C6 w7<łzi e ^ oriQ na d y s l o k a c j a c h po d cza s s t a r z e n i a s t a l i u p r z e d n io o d k s z t a ł c o n e j p l a s t y c z n i e ze zg n io tem 3 do 5% ham ują p r o c e s p e ł z a n i a , co u ja w n ia s i ę zm n ie js z e n ie m m in im a ln e j s z y b k o ś c i p e ł z a n i a ok.
250 r a z y o ra z p r z e d ł u ż e n ie m c z a s u n ie z b ę d n e g o do z e rw a n ia p ró b k i ok. 10 r a z y [19, 2C^.
W s t a l a c h z d o d atk iem t y t a n u , n io b u a n i e k i e d y t a k ż e t a n t a l u , cyrkonu i wanadu j e d n o c z e ś n i e z w ę g likami M2jCg w y d z i e l a j ą s i ę w ę g l i k i MC ( g d z i e M -Ti, Nb, T a, Z r , V) o s i e c i r e g u l a r n e j ty p u NaCl. W ę g lik i t e r o z p u s z c z a j ą s i ę w z n a c z n e j i l o ś c i w a u s t e n i c i e po d cza s w ygrzewania s t a l i w z a k r e s i e 1200 do 1300°C.
P r z e s y c a n i e s t a l i z t y c h t e m p e r a t u r i n a s t ę p n e s t a r z e n i e w z a -
^ ^ - w ydłu żen ie n a d ł u g o ś c i pomiarowej Ip = 4 ^ P o , g d z i e : Po - początkowy p r z e k r ó j p r ó b k i .
9
k i e s i e powyżej 650°C powoduje w y d z ie l a n ie s i ę węglików MC na d y s l o k a c j a c h [2 1- 23] i b łę d a c h u ł o ż e n i a [24-29] , tw orzących s i ę w wyniku d y s o c j a c j i d y s l o k a c j i częściow ych w p ł a s z c z y ź n i e
{ m } y . Mechanizm t e g o p r o c e s u z o s t a ł p r z e d s ta w i o n y p r z e z J.M.
S i l c o c k i W .J. T u n s t a l l a [30]» W y d z ie la ją c e s i ę w p ł a s z c z y ź n i e { m } a u s t e n i t u w ę g l i k i NbC zachowują ś c i s ł ą w s p ó łz a le ż n o ś ć o r i e n t a c j i k r y s t a l i c z n e j , a w s z c z e g ó l n o ś c i :
( 1 1 1 ) , II ( 1 1 1 ) ^ 0
[iïo]y II [ii°]m,c
W y d z ie le n ia węglików MC z a ro d k u ją c e na d y s l o k a c j a c h i b ł ę d ach u ł o ż e n i a powodują znaczne um ocnienie s t a l i i zw ię k s z e n ie w y tr z y m a ło ś c i n a p e ł z a n i e [2 1 -2 3 , 2 9 , 31> 3 2 ] . Porównanie wpły
wu obu mechanizmów w y d z i e l a n i a s i ę węglików NbC n a w ła s n o ś c i w ytrzym ałościow e s t a l i dokonane z o s t a ł o w p r a c y [3 3 ]. W s t a l a c h z a w ie r a ją c y c h wymienione s k ł a d n i k i stopowe o r a z w ę g ie l i a z o t j e d n o c z e ś n i e z w ęglikam i tw o rz ą s i ę a z o t k i MN i w ę g l i k o a z o t k i M(C+N), i z o m o r f ic z n e z w ęglikam i MC.
Oprócz węglików ^ 23^6 1 w s t a l a c h a u s t e n i t y c z n y c h o znacznym s t ę ż e n i u w ęg la, m olibdenu i wolframu tw o rz ą s i ę i z o m o r f ic z n e w ę g l i k i MgC, n p. Mo^C i WgC lu b t e ż złożo n e (Mo,W)gC, (Mo,Fe)gC, (W,Fe)gC [2 , 3 4 , 3 5 ] o s i e c i r e g u l a r n e j z ł o ż o n e j , w y s tę p u ją c e zazw yczaj w s t a l a c h s z y b k o tn ą c y c h , n a t o m i a s t w s t a l a c h z a w ie r a ją c y c h dodatkowo Co, Nb i N - ta k ż e w ę g l i k o a z o t - kisr- m11 ( c , n ) 2 [35] -
W s t a l a c h i s t o p a c h żarow ytrzym ałych n a osnowie ż e l a z a , n i k l u i k o b a l t u w y s t ę p u ją t a k ż e f a z y m i ę d z y m e ta l ic z n e , k tó r y c h r o d z a j z a l e ż y od j a k o ś c i i i l o ś c i s k ł a d n i k a stopow ego ( r y s . 3 ) , l i c z b y e le k tro n ó w e / a ro z m ie s z c z o n y c h n a powłokach ( n - l ) d + ns o r a z z d o l n o ś c i atomów t y c h sk ład n ik ó w do zmiany ( z m n i e j s z e n i a ) o b j ę t o ś c i . Według danych l i t e r a t u r o w y c h [6, 36-39] w s t o p a c h m e t a l i p r z e j ś c io w y c h F e , Co, Ni ( s k ł a d n i k i B) z m e tala m i IV, V i VI grupy u k ła d u okreso?;ego p ie rw ia s tk ó w ( s k ł a d n i k i A, o b e j
mujące t a k ż e C r) o ra z aluminium i b ery le m ( s k ł a d n i k i B ’ ) , two
r z ą s i ę f a z y z e s ta w io n e w t a b l i c y 1.
T a b l i o a 1 B o d zaj f a z w s to p a c h dwuskładnikowych p ie rw ia s t k ó w p r z e j ś c i o w y c h
P i e r w i a s t e k p r z e j -
ciowy B
-*--- S k ł a d n i k A --- ► Grupa w u k ł a d z i e okresowym p ie rw ia s tk ó w
S k ł a d n i k B’
IV ( 4 e / a ) V ( 5 e / a ) VI (6 e / a )
A l Be
T i Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W
Fe ( 8 e / a )
b2a
BA X(Cr
BgA B ^
ba
X ( | i )
b2a
6-
b2a
6
BgA
<<if%(Cr) (j
B2*
FeAl
C o ( 9 e / a )
B3A[7r
b2a
BA
b2a
BA
b2a
BA
B^A
X ( S i )
BgA b2a
6
b3a B3 A
CoAl CoBe
N i ( l O e / a )
b3aW * B jA tBA
B^A
% (S i) 6
b3a[7T B?A
B j A t r r
b3a
<“
6
b3a BrfilijA l.N ijB eM
NiAl NiBe
«---- w ie lk o ś ć atomu s k ł a d n i k a A w z r a s t a ; j - * - e / a - w z r a s t a ;
| z d o ln o ść do z m n i e j s z e n i a ś r e d n i c y
‘ s k ł a d n i k a B w z r a s t a ;
[ ] zw iąz ek t y p u B^A;
( ) zw iązek s t a b i l i z o w a n y p r z e z d o d a t e k t r z e c i e g o s k ł a d n i k a (Cr lu b S i ) ;
* faay p r s e j ś c i o w e m e t a s t a b i l n e .
W ielkość e / a w t a b l i c y 1 w z r a s t a w k ie r u n k u od Fe do Co i N i a t a k ż e do c o r a z c i ę ż s z y c h s k ład n ik ó w A, t j . w d ó ł i na praw o, n a t o m i a s t z d o ln o ść atomów p ie rw ia s t k ó w p r z e j ś c io w y c h do z m n i e j s z e n i a o b j ę t o ś c i z w ięk sza s i ę w odwrotnym k i e r u n k u , gdyż z p r z e j ś c i e m od Ni do Co i Fe m a le je z a p e ł n i e n i e powło
k i e l e k t r o n o w e j 3 d . S t ą d t e ż w s t o p a c h n a osnowie n i k l u two
r z ą s i ę głów nie f a z y m ię d z y m e ta lic z n e g ę s t o upakowane t y p u B^A.
W s t a l a c h i s t o p a c h ż e l a z a o s t r u k t u r z e a u s t e n i t u p r a k t y o z - n i e mogą występować w s z y s t k ie f a z y w y sz c z e g ó ln io n e w t a b l i c y 1.
N iem n iej je d n a k n i e k t ó r e z n i c h , głów nie zaś t y p u B^A s ą f a z a mi p rz e jś c io w y m i m e t a s t a b i l n y m i , p r z e z co s z c z e g ó ln y wpływ n a um ocnienie t y c h stopów m ają f a z y międzywęzłowe ty p u MC.
Fazy z a l e ż n i e od r o z m i e s z c z e n i a p ł a s z c z y z n g ę s te g o u ł o ż e n i a mogą p o s i a d a ć s z e ś ć s t r u k t u r s ie c io w y c h [36, 4 0 , 41] , z k t ó r y c h w omawianych s to p a c h w y s tę p u ją n a j c z ę ś c i e j f a z y . / - AlNi^
o s i e c i r e g u l a r n e j ty p u AuCu^ ( L ^ ) o p a r a m e tr z e a = 3 5 6 ,7 pm (3»567 1) i s to s u n k u p r o m ie n i atomowych = '1*149 o ra z
7 - T i N i j o s i e c i h e k s a g o n a l n e j ( D O ^ ) i p a r a m e tr a c h a = 510,9 pm (5*109 A ), c = 8 3 1 ,9 pm ( 8 ,3 1 9 A ), c / a = 1 ,6 2 8 i r A/ r B =
= 1»173 [ 4 2 ] . We w s z y s t k i c h s t r u k t u r a c h s ie c io w y c h f a z
p ła s z c z y z n y g ę s t o uło ż o n e tw o rz ą p o l i e d r k o o rd y n a c y jn y o 1^ =
= 1 2 , ze zlokalizow anym w ś ro d k u atomem A, okrążonym t y l k o atomami s k ł a d n i k a B. S to s u n e k c / a d l a fa z y -jp - TiNi~ j e s t z b l i ż o n y do i d e a l n e g o ( c / a = 1 , 6 3 3 ) , w y stę p u ją c e g o w przypadku h e k s a g o n a ln e g o u ł o ż e n i a k u l o jednakow ej ś r e d n i c y , mimo i ż ś r e d n i c e atomów Ni i T i z n a c z n ie s i ę r ó ż n i ą . ( e w e n t u a l n i e r ó ż n i ą s i ę od s i e b i e ) . W f a z i e t e j ś r e d n i p rom ień atomowy wyzna
czony z param etrów s i e c i wynosi 126 pm ( 1 , 2 6 A ), t j . n ie c o w ię c e j od r j ^ = 1 2 4 ,6 pm ( 1 ,2 4 6 A) i z n a c z n ie m n iej n i ż r T i = 1 ^ 6 ,2 pm ( 1 ,4 6 2 A ), z czego w ynika, że atomy T i w f a z i e d o z n a j ą z n a c z n e j k o m p r e s j i .
Fazy L av e sa BgA z a l e ż n i e od s t r u k t u r y d z i e l ą s i ę n a t r z y g r u p y , p rzy czym n a jw ię k s z e z n a c z e n ie w s t a l a c h i s to p a c h ż a rowy t r zymałych m ają T iF e2 , NbFe2 , MoFe2 o ra z WFe2 o s i e c i hek
s a g o n a l n e j ty p u MgZn2 QC14). S z c z e g ó ln ą c e c h ą t y c h f a z j e s t występow anie w ieloboku k o o rd y n a c y jn e g o o 1^ = 16, ze z l o k a l i zowanym w ś ro d k u atomem A, zawsze większym od atomów p o z o s t a -
ły c h s k ła d n ik ó w . Atom c e n t r a l n y okrążony j e s t c z t e r e m a atoma
mi s k ł a d n i k a A ro zm ieszczonym i w n a r o ż a c h t e t r a e d u , zaś po
z o s t a ł e atomy w ie lo b o k u s ą atomami s k ł a d n i k a B. I d e a l n a s t r u k t u r a f a z HS>2 w y s tę p u je p r z y u ł o ż e n i u k u l o s to s u n k u p r o m ie n i r A^r B = ^»225 . w r z e c z y w i s t o ś c i f a z y t e tw o rz ą s i ę w z a k r e s i e s to s u n k u od 1 ,0 5 do 1 , 6 8 , p r z y czym f a z y o s i e c i t y p u MgZn2 w y s tę p u ją w z a k r e s i e 1 »4-0 [4-3]» J e ś l i s t o s u nek p ro m ie n i atomowych r ó ż n i s i ę od i d e a l n e g o , wtedy atomy sk ła d n ik ó w A i B z m i e n i a j ą sw o ją e fe k ty w n ą w i e l k o ś ć , dopaso
wując 3 i ę wzajemnie [43-4-5] . Występowanie f a z L a v e sa w s to p a c h m e t a l i p r z e j ś c io w y c h n i e d a s i ę je d n o z n a c z n ie wytłum aczyć w i e l k o ś c i ą atomów. Ważnym c z y n n i lie m wpływającym n a r o d z a j s t r u k t u r y t y c h f a z j e s t n a k ł a d a n i e s i ę s t r e f B r i l l o u i n a , s tw ie r d z o n e w podstawowych f a z a c h L a v e sa MgCu2 i MgZn2 [46] . Według p ra c y
[47] f a z y AB2 w y s tę p u ją p rz y s t ę ż e n i u elektronow ym powyżej 1 , 4 e / a , p rz y czym w z a k r e s i e s t ę ż e ń od 1 , 4 do 1 , 8 s t a b i l n e s ą f a z y o s t r u k t u r z e ty p u MgCu2 , w z a k r e s i e s t ę ż e ń od 1 , 8 do 2 , 3 e / a - f a z y o s t r u k t u r z e ty p u MgZru,, zaś p r z y s t ę ż e n i a c h po
wyżej 2 , 3 e / a - s t a b i l n y m i s ą ponownie f a z y o s t r u k t u r z e t y p u MgCUg. W i n n e j p r a c y [38] p o d a je s i ę , ż e t w o r z e n i e f a z AB2 zwią
zane j e s t ze ś re d n im s tę ż e n ie m elektronow ym e / a - obejmującym sumę e le k tr o n ó w ( n - 1) d + n . s , p r z y p a d a j ą c ą na j e d e n atom.
Z godnie z t ą h i p o t e z ą f a z y AB2 w y s t ę p u ją p rz y s t ę ż e n i u e / a mniejszym od 8 co między innym i tłum aczy n ie o b e c n o ś ć ty c h f a z w s to p a c h dwuskładnikowych n i k l u z p i e r w i a s t k a m i grupy t y t a n u , wanadu i chromu, a t a k ż e m i ę d z i ze s k ła d n i k a m i grupy s k an d u , t y t a n u , wanadu i chromu, d l a k t ó r y c h ś r e d n i e s t ę ż e n i e e / a j e s t zawsze w iększe od 8.
Fazy AB o s i e c i r e g u l a r n e j p r z e s t r z e n n i e c e n t r y c z n e j ty p u CsCl tw o rz ą p i e r w i a s t k i grupy t y t a n u ze s k ła d n i k a m i grupy ż e l a za o r a z p i e r w i a s t k i grupy skandu ze s k ła d n i k a m i grupy m i e d z i i cynku. O g ó ln ie , f a z y t e tw o rz ą p i e r w i a s t k i ro z m ie s z c z o n e w p r z y b l i ż e n i u s y m e tr y c z n ie wokół grupy chromu, k t ó r e j s k ł a d n i k i j e d n ak n i e u c z e s t n i c z ą w pow staw aniu t e j s t r u k t u r y [3 6 , 4 8 ] . Wy
s t ę p u j ą c ą w t y c h warunkach więż między różnym i atomami w porów
n a n i u z w i ę z i ą między tym i samymi atomami p r z y j ę t o o k r e ś l a ć
13
w i e l k o ś c i ą z m n i e j s z e n i a s i e c i , s ta n o w ią c ą r ó ż n i c ę między t j . o d l e g ł o ś c i ą międzyatomową A-B, wyznaczoną d l a 1^ = 8 , a zm ierzo n ą o d l e g ł o ś c i ą międzyatomową ¿¿b* Odnośnie n i e k t ó r y c h f a z p rz y jm u je s i ę występowanie w t y c h s t r u k t u r a c h w iąza
n i a q u a s ijo n o w e g o , wywołanego p r z e j ś c i e m pewnej i l o ś c i e l e k tronów atomów je d n e g o s k ł a d n i k a do atomów d r u g ie g o s k ł a d n i k a , z w i ę k s z a j ą c e j s i ę w s t o p a c h ż e l a z a w m iarę p r z e j ś c i a od wana
du do t y t a n u [4 9 , 5 0 ] .
Fazy - ByAg p o s i a d a j ą s i e ć t r y g o n a l n ą (D8^) i tw o rz ą s i ę w u k ła d a c h dw uskładnikow ych, w wyniku r e a k c j i p e r y t e k t y c z - n e j [ 5 1 ] . Obecność i c h s tw ie r d z o n o t a k ż e w s t a l a c h a u s t e n i t y c z n y ch , z a w i e r a j ą c y c h ok. 6% Mo [34 , 52] .
Fazy X p o s i a d a j ą s i e ć r e g u l a r n ą ty p u oe - Mn (A 1 2 ), s t ę ż e n i e e le k tro n o w e od ok. 6 ,4 0 do 7>60 e l e k tro n ó w na atom o ra z s t o s u n e k p r o m ie n i 2^/13 w s to p a c h podwójnych od 1 ,0 1 7 do 1,2 0 7 [3 6 , 53] . W s t o p a c h w ie lo sk ła d n ik o w y c h mogą one w y stę
pować ja k o f a z y z ł o ż o n e , w k t ó r y c h s k ła d n i k a m i A s ą T i , Mo i V, zaś s k ła d n i k a m i B - C r, F e , S i , Co i Ni [5 2 , 54-57] . P r z y p u s z c z a s i ę t a k ż e , że chrom i krzem w s t o p a c h F e , Co, Ni
s t a b i l i z u j ą f a z ę X [6, 3 6 - 3 9 ] . Uporządkowanej f a z i e X w s t o pach Fe-Cr-Mo p r z y p i s u j e s i ę fo rm u łę F e ^ C r ^ ^ o ^ o [5 4 ].
Fazy 6” p o s i a d a j ą z ło ż o n ą s t r u k t u r ę t e t r o g o n a ł n ą (08^) [58- 6O] , z a w i e r a j ą c ą w e l e m e n t a r n e j s i e c i 30 atomów i tw o r z ą s i ę zwykle w u k ła d a c h , z a w ie r a ją c y c h p i e r w i a s t k i p r z e j ś c i o w e [61-64] . Wy
s t ę p u j ą one zazw yczaj w s ż e ro k im z a k r e s i e s t ę ż e ń [51] , a n i e k t ó r e z n i c h p o s i a d a j ą s t r u k t u r ę uporządkowaną [65] . Na p r o c e s y t w o r z e n i a i s t a b i l i z a c j i f a z 6 ma wpływ t a k c z y n n ik w ie lk o ś c i atomu r^/r-g = 0 , 9 3 do 1 ,1 5 j a k i s t ę ż e n i a e le k tro n o w e g o - 6 ,2 8 do 7 , 6 0 e / a [3 6 , 5 9, 61] .
N a jw ię c e j danych o d nośnie wpływu wymienionych f a z międzyme
t a l i c z n y c h n a w ł a s n o ś c i s t a l i a u s t e n i t y c z n y c h d o ty c z y f a z y 5 . F aza t a o w y so k ie j t w a r d o ś c i w y d z i e l a j ą c a s i ę po d cza s s t a r z e n i a na g r a n i c a c h z i a r n n a d a je s t a l i k r u c h o ś ć , z a ś w te m p e r a t u r a c h podwyższonych o b n iż a n i e c o w ytrzym ałość n a p e ł z a n i e , a n i e k i e d y ta k ż e odporność n a k o r o z j ę | l - 3 , 34] - S k ło n n o ść s t a l i do w y d z i e l a n i a s i ę f a z y 6 z a l e ż y od s t a b i l n o ś c i a u s te : i/oo.
o r a z j e d n o r o d n o ś c i s t r u k t u r y i z w ięk sza s i ę ze w zrostem s t ę ż e n i a chromu i m olibdenu [ 2 , 34-, 66] , P rz y z n a c z n e j z a w a r t o ś c i m olibdenu je d n o c z e ś n i e z f a z ą 6 w y d z ie l a s i ę faza%[34-, 3 7 » 66] , a n i e k i e d y ta k ż e w y s tę p u je f a z a <«■(£) [34, 37» 5 2 , 6 7 , 68] , S z c z e g ó l n i e podatnym i do w ystępow ania f a z y 6 s ą s t a l e p o s i a d a
j ą c e po p r z e s y c e n i u s t r u k t u r ę dwufazową 7 +• 8 . S t a l e t e p odczas s t a r z e n i a w ykazują dwa z a k r e s y k r u c h o ś c i . P ie r w s z y z n i c h wy
s t ę p u j e w t e m p e r a t u r a c h od ok. 450 do 500°C i spowodowany j e s t przem ianam i s t r u k t u r a l n y m i , związanymi z k r u c h o ś c i ą w ysokochro- mowego f e r r y t u 5 w 475°C, n a t o m i a s t d r u g i - w te m p e r a t u r z e ok.
800°C, w ynika z ro z p a d u f e r r y t u i n a f a z ę 6 i a u s t e n i t n i s k o - stopowy [ 3 , 3 4 , 6 9 - 7 2 ] .
Duże z n a c z e n ie t e c h n i c z n e p o s i a d a j ą w ie lo s k ła d n ik o w a s to p y ż a r o w y tr z y m a łe , z a w i e r a j ą c e Al i T i , u tw ardzane d y s p e r s y j n i e w wyniku w y d z i e l a n i a s i ę f a z m ię d z y m e ta lic z n y c h t y p u B^A, t j . 7 ' i . L ic z n e p r a c e d o ty c z ą c e te g o z a g a d n i e n i a p r z e p r o wadzono p rz e d e w sz y stk im na s t o p a c h n i k l u , w o p a r c i u o u k ła d y dwu i p s e u d o tr ó j .s k ła d n i k o w a , opracowane g łó w n ie p r z e z T a y l o r a
[51» 73 7 6 ] . W u k ł a d z i e p s e u d o tró js k ła d n ik o w y m NigFeCr - T iK i^ - AlNi^ ( r y s . 4) w y s t ę p u ją f a z y 7 , y ' - AlNi^ o s i e c i r e g u l a r n e j
i s t a ł e j s i e c i o w e j z b l i ż o n e j do p a r a m e tr u s i e c i f a z y y , a t a k ż e f a z a ? - T iN i^ o s i e c i h e k s a g o n a l n e j DOg^,. Pomiędzy tym i f a z a m i w y s t ę p u ją o b s z a ry w ielo fa zo w e 7 + 7 'i 7 + V +7? o ra z
7+ V . Z obniżeniem t e m p e r a t u r y g r a n i c e międzyfazowe p rz e m ie s z c z a j ą s i ę , z a w ęża jąc jednofazow y o b s z a r 7» co zapew nia tym stopom z d o ln o ść do u tw a r d z a n ia d y s p e r s y j n e g o . P o d c z a s s t a r z e n i a stopów z a c h o d z i p rz e m ia n a p rz e s y c o n e g o r o z tw o r u s t a ł e g o , u p o d ab n ian a na p o d s ta w ie badań r e n tg e n o w s k ic h i f i z y c z n y c h
[77-81] do t w o r z e n i a s i ę s t r e f G u i n i e r - P r e s t o n a w d u r a l a c h , p r z e o b r a ż a j ą c y c h s i ę w m e t a s t a b i l n e f a z y p r z e j ś c i o w e k o h e r e n t ne z osnową, a d a l e j w f a z y s t a b i l n e n i e k o h e r e n t n e . O g ólnie p rz y jm u je s i ę , że p o d c z a s s t a r z e n i a w y d z ie l a s i ę je d n o c z e ś n i e f a z a 7 ' i i?. P ie rw o tn e w y d z i e l e n i a f a z y z o s t a ł y ujaw nione t y l k o w s t o p a c h n i e z a b i e r a j ą c y c h alum inium lu b p rz y z aw arto ś c i te g o s k ł a d n i k a do 0,2% wagowo [8 2 , 83] . F aza t a w y d z ie l a
15
s i ę w p ł a s z c z y ź n i e { l n } ^ w p o s t a c i c i e n k i c h p ł y t e k , zachowu
j ą c w s p ó łz a le ż n o ś ć o r i e n t a c j i k r y s t a l i c z n e j z osnową [3 7 , 84—
86
]:
( 001) 7 // <1 1 1 )7 » [010]7 // [110]7
W p r z e w a ż a ją c e j l i c z b i e p r a c w z r o s t t w a r d o ś c i podczas s t a r z e n i a p r z y p i s u j e s i ę w y d z ie l a n iu f a z y 7 % u ja w n io n e j w s to p a c h z a w ie r a ją c y c h od 0 , 3 do ok. 6% Al o ra z od O, do ok. 3»4% T i
[37, 7 7 -8 4 , 8 6 - 9 4 ] . P r z y m a łe j z a w a r t o ś c i Al o ra z znacznym s t ę ż e n i u T i z p rz e s y c o n e g o r o z tw o r u s t a ł e g o w y d z ie la s i ę m e t a s t a b i l n a faza2>'[37, 95, 96] , c h o c i a ż f a z ę t ę ujaw niono t a k że p rz y 0,5% Al [37] o r a z p rz y 0,7% Al i 2,4% T i [97] . Meta
s t a b i l n a f a z a y ' w y d z ie l a s i ę t a k ż e w s t o p a c h n i e z a w ie r a ją c y c h A l [98, 99] , p r z y czym p o z y c je atomów Al w s i e c i t e j f a z y za
m ie n ia n e s ą p r z e z atomy T i . S tą d t e ż p o s i a d a ona s k ł a d i d e n ty c z n y z f a z ą ł? i w n i e k t ó r y c h p r a c a c h [100] uważa s i ę j ą za o d a ia n ę a lo tro p o w ą f a z y T iN i^ . Według G uarda i W estbrooka flOl]
f a z a y ' może r o z p u s z c z a ć atomowo do 15% F e , do 24% Co, 7-8% C r, do 17% T i , a t a k ż e Mn, V, S i , Mo.
M e t a s t a b i l n a f a z a y ' w wysokich te m p e r a t u r a c h p r z e m i e n i a s i ę w s t a b i l n ą f a z ę . W n i e k t ó r y c h p r a c a c h [37» 9 5, 98] p o d a je s i ę , że p rz e m ia n a t a p r z e b i e g a p r z e z c i ą g ł e w y d z i e l a n i e fazy?p, n a t o m i a s t w in n y c h [102J mowa j e s t o w y d z i e l a n i u n i e c i ą g ł y m lu b t e ż o p r z e m ia n i e w edług obu mechanizmów [ 9 6 ] . C l a r k i Iwań
s k i [97] p o d a j ą , że w y d z i e l e n i a y ' p r z e m i e n i a j ą s i ę w ^ p r z e z ś c i n a n i e , p r z e b i e g a j ą c e ró w n o le g le do p ła s z c z y z n y Cl1 1 ) y ' t a k , żo p ł a s z c z y z n a ( 1 1 1 ) ^ ' p r z e c h o d z i w p ł a s z c z y z n ę ( 001) ? .
W y d z ie la n ie s i ę f a z y y ' o ra z j e j wpływ n a tw a rd o ś ć stopów s t a r z o n y c h b y ł o badane w l i c z n y c h p r a c a c h , g d z ie s tw i e r d z o n o , że f a z a t a p o s i a d a j ą c z b liż o n y p a r a m e tr s i e c i z f a z ą y p r z y n a j m n ie j w początkowym s ta d iu m j e s t k o h e r e n t n a z osnową we w s z y s t k i c h p ła s z c z y z n a c h [9 1 , 9 2 , 9 7 » 9 8 , 103] .
Początkowo w y d z i e l e n i a f a z y y ' p o s i a d a j ą p o s t a ć k u l i s t ą , n a t o m i a s t po d łu g o trw a ły m s t a r z e n i u p r z y jm u ją k s z t a ł t utworów r e
g u la r n y c h [89, 9 6 , 104, 1 0 5 ] . S tw ie rd z o n o t a k ż e , że t w a r i o ś ć s t o p u n i e z a l e ż y od w i e l k o ś c i i i l o ś c i w y d z i e l e ń / [ 9 6 , 104] , l e c z głównie od t e m p e r a t u r y s t a r z e n i a . P rz y wysokich te m p era
t u r a c h bowiem może w y stą p ić s ł a b s z a k o h e r e n c j a bądź naw et j e j zerw anie z osnową, co prow adzi do z m n i e j s z e n i a t w a r d o ś c i . W n i e k t ó r y c h p r a c a c h [91> 96] maksymalny w z ro s t t w a r d o ś c i s t o p u s t a r z o n e g o w iąże s i ę z dopasowaniem s i e c i i J r, zależnym od s to s u n k u T i / A l , a t a k ż e p rz y jm u je s i ę , i ż b a r d z i e j na umoc
n i e n i e wpływa t y t a n n i ż alum inium [85] .
W s t a l a c h ż a ro w y trz y m a ły c h , o p ró c z w y d z ie le ń 7 ' i ? p rzy du
żym s t ę ż e n i u Mo i W a t a k ż e Nb i T i tw o rz ą s i ę iz o m o r f ic z n e f a z y L avesa AB2 , w y w ierają ce duży wpływ na i c h w ł a s n o ś c i wy
trz y m a ło ś c io w e w w ysokich te m p e r a t u r a c h [2, 6 , 5 4, 3 7 -5 9 , 95, 1 0 6 -1 1 2 ]. Zgodnie z danymi ['106, 107 > 109, 110] w s t a l a c h au
s t e n i t y c z n y c h w ie lo sk ła d n ik o w y c h występować mogą z ło ż n e f a z y L a v e sa , n p . (Nb^gWgMog) ( F e ^ C r ^ N i ^ [107] -
2 . 3 . W y d ziela n ie f a z z p rz e s y c o n y c h roztw orów s t a ł y c h
P rzem ian a p r z e s y c o n e g o r o z tw o r u s t a ł e g o wywołana j e s t zmia
ną e n e r g i i swobodnej i s k u p i a w s o b ie z a g a d n i e n i a s i ł y napędo
wej i s z y b k o ś c i przem iany o ra z m o r f o l o g i i f a z . P rzem ian a t a p r z e b i e g a w k i e r u n k u z m n i e j s z e n i a e n e r g i i swobodnej H elm h o ltza :
F = H - TS ( 1 )
g d z i e : H - e n e r g i a w ew nętrzna lu b e n t a l p i a , T - t e m p e r a t u r a °K;
S - e n t r o p i a .
W spółczesne t e o r i e d o ty c z ą c e te g o z a g a d n i e n i a u w z g lę d n i a ją p r o c esy d y f u z j i i f l u k t u a c j i s k ł a d u chemicznego a t a k ż e zarodkowa
n i e f a z . W h ip o te ty c z n y m u k ł a d z i e równowagi fa zo w ej z a w i e r a j ą cym dwa r o z tw o ry s t a ł e ( r y s . 5 a ) , o z i ę b i e n i e s t o p u o s t ę ż e n i u C z o b s z a r u jednofazow ego do dwufazowego s t w a r z a możliwość u - z y s k a n ia je d n o fa z o w e j s t r u k t u r y s t o p u [113] . E n e r g i a swobodna stopów w te m p e r a t u r z e T^ z a l e ż n i e od i c h s k ł a d u p o s i a d a p r z e b i e g p r z e d s ta w io n y n a r y s . 5b* Część krzyw ej F c1-R -F c 2 l e ż ą c a 17
powyżej n a j m n ie j s z y c h w a r t o ś c i F g^-F c2 p o łą c z o n y c h s t y c z n ą , d a j e w ie lk o ś ć e n e r g i i swobodnej stopów o z ię b io n y c h do tempe
r a t u r y T^, zachow ujących p rz y tym s t r u k t u r ę je d n o fa z o w ą . Na od cin k u krzyw ej e n e r g i i swobodnej Y-R-Y zw róconej w y p u k ło ś c ią ku g ó rze w ie lk o ś ć --- ^ < 0 , co o z n a c z a , że w tym z a k r e s i e s t ę -d 2F
d c
że ń i s t n i e j e d ążność u k ła d u do w y d z i e l a n i a s i ę f a z i w y s t ą p ie n i a dwufazowej s t r u k t u r y s t o p u . N ie je d n o ro d n o ś ć stopów w tym z a k r e s i e s t ę ż e ń wzmagają p r o c e s y d y f u z j i wywołane j u ż n i e w i e l k im i f l u k t u a c j a m i s k ł a d u chemicznego ( d y f u z j a ujemna) [114] . G ra n ic z n a krzyw a te g o o b s z a r u z a z n aczo n a na r y s . 5a l i n i ą p rzery w an ą odpowiada w a r t o ś c i ■ ■J i— = 0 i nazywa s i ę s p i n o d a -
l ą . 5 0
W spółczesne t e o r i e [115, 116] w y r ó ż n ia j ą dwa r o d z a j e p r z e mian fazo w y c h » k tó ry c h p r z e b i e g i l u s t r u j e r y s . 6 , ujm ujący z a l e ż n o ś ć e n e r g i i swobodnej od s k ł a d u , d l a je d n o ro d n e j f a z y me- t a s t a b i l n e j w o d n i e s i e n i u do f a z M i P , o z a k r e s i e s t ę ż e ń Cm i Cp.
Roztwór m e t a s t a b i l n y o początkowym s k ł a d z i e C i e n e r g i i swobodnej F^ ( r y s . 6a ) , może s i ę r o z ł o ż y ć na m ie s z a n in ę f a z M i P , p r z e z co ś r e d n i a e n e r g i a swobodna u k ła d u o b n iż y s i ę do Fg. Wydzielone we wczesnych s t a d i a c h s t a r z e n i a f a z y mogą miać s k ł a d y C'm i C 'p o ra z ś r e d n i ą e n e r g i ę swobodną Fjj n i ż s z ą od F ^. Ten r o d z a j przem iany nazywa s i ę rozpadem sp inodalnym i ma m i e js c a p rzy ciąg ły m o b n iż a n iu e n e r g i i sw obodnej. Nie w ystępu
j e t u t a j b a r i e r a zarodkow ania i p rz e m ia n a z a c h o d z i w c a ł e j ob
j ę t o ś c i f a z y , ja k k o lw ie k zmiany s k ł a d u s ą początkowo m ałe.
D ru g i r o d z a j przem iany f a z y m e t a s t a b i l n e j o s t ę ż e n i u C2 i e n e r g i i swobodnej F^ w o d n i e s i e n i u do f a z M i P p r z e d s t a w i a r y s . 6b . We wczesnych s t a d i a c h s t a r z e n i a f a z y t e o s t ę ż e n i u Cm i Cp p o s i a d a j ą ś r e d n i ą e n e r g i ę swobodną F ^ , k t ó r a j e s t w ię k s z a od F , . Wynika s t ą d że f a z a P może s i ę tw orzyć d o -
O rr
p i e r o po o s i ą g n i ę c i u s k ł a d u Cp, gdyż w tym m i e j s c u w y stę p u je o b n i ż e n i e e n e r g i i sw obodnej. W tym p rzy p ad k u i s t n i e j e więc b a r i e r a zarodkow ania i p rz e m ia n a n i e r o z p o c z n ie s i ę , d o p ó k i i s t n i e j ą duże f l u k t u a c j e s k ł a d u w małych o b s z a r a c h k r y s z t a ł u , k t ó -
r y dąży do o s i ą g n i ę c i a s k ł a d u Cp. Ten rodzaj) p rzem iany d a j e p o c z ą t e k konw encjonalnem u p ro c e s o w i zarod k o w an ia i r o z r o s t u i w y s tę p u je w w i ę k s z o ś c i stopów u tw ardzanych d y s p e r s y j n i e . J a k wynika z ro z w a ż a ń , r ó ż n i c a między omówionymi przem ianam i w y s tę p u je w p u n k ta c h p r z e g i ę c i a krzywych e n e r g i i sw obodnej,
d *p
t j . tam g d z ie ---*— = 0 . 9C
M i e j s c a t y c h punktów mogą być n a n i e s i o n e w u k ł a d z i e f a z o - wym ( r y s . 5a) tw o rz ą c krzywą s p i n o d a l n ą . Znak p a r a m e tr u —-g- o k r e ś l a s e n s w sp ó łc z y n n ik a d y f u z j i D [114, 116, 1 1 7 ] , gdyż?
D C (1 -C ) a2v D ■ " T I --- • p -
g d z i e : C - s t ę ż e n i e s k ł a d n i k a r o z p u s z c z o n e g o ; Dq— ujmuje s t a t y s t y c z n ą zmianę m i e j s c a ; E - s t a ł a gazowa;
T - t e m p e r a t u r a °K.
W o b r ę b ie krzy w ej s p i n o d a l n e j — *• < 0 , p r z e z co ujemny j e s t9 SC^
ta k ż e w sp ó łczy n n ik d y f u z j i D i przypadkowe r ó ż n i c e s k ła d u w ro z tw o r z e s ta ły m s p r z y j a ć b ę d ą ro z p a d o w i, b e z w ystępow ania b a r i e r y zaro d k o w an ia. N a to m ia s t pomiędzy krzywą s p in o d a l n ą
i fazową p a r a m e tr ---j e s t d o d a t n i a więc d o d a t n i j e s t t a k ż ed d c
w sp ó łczy n n ik d y f u z j i D, p r z e z co przypadkowe r ó ż n i c e s k ł a d u b ęd ą dążyć do wyrównania s i ę . I s t n i e j e t u t a j b a r i e r a za ro d k o w a n ia , k t ó r a musi być pokonana, zanim w y d z ie l a n ie może mieć m i e j s c e .
Szczególnym z a g a d n ien iem po d cza s przem iany m e t a s t a b i l n e g o ro z tw o ru s t a ł e g o j e s t p r o c e s zarodkow ania f a z i w ie lk o ś ć za
r o d k a k r y t y c z n e g o . Tw orzeniu z a ro d k a to w a rz y s z y o b n iż e n ie e n e r g i i swobodnej u k ła d u J F p , s k u p i a j ą c e j e n e r g i ę chem iczną ¿ F v , e n e r g i ę pow ierzchniow ą t j . e n e r g i ę t w o r z e n i a s i ę g r a n i c y m ię - dzyfazow ej ¿JFp o ra z e n e r g i ę s p r ę ż y s t ą J F s , w y n ik a ją c ą z t o w arzy szący c h p r z e m ia n i e zmian o b j ę t o ś c i [1"18] :
£ F p = <4Fv + ¿lFp + . J F s (3 )
19
Z a l e ż n i e od p o s t a c i tw orząc eg o s i ę z a ro d k a zmiany EFp wynoszą:
d l a z a ro d k a o k s z t a ł c i e s z e ś c i a n u :
S f p = a? " ffi- + 6a26+
aPs
(4 a)n a t o m i a s t d l a zaro d k u s f e r y c z n e g o :
2 F p = |jTa5 4 | _ + ą k a2 6 + 1 31&~E (4b)
g d z i e : &F - zmiana e n e r g i i swobodnej n a gramoatom tw o r z ą c e j s i ę f a z y ; N - l i c z b a Avogadalo; 6 - n a p i ę c i e p o w ierzc h n io w e, a - ś r e d n i c a z a ro d k a ; € - e n o r g i a s p r ę ż y s t a , p r z y p a d a j ą c a n a atom w y d z i e l e n i a , n i e z a l e ż n a od w i e l k o ś c i w y d z ie l e ń .
Po zró ż n ic z k o w a n iu równań ( 4 a i b) i p rz y ró w n a n iu do z e r a można wyznaczyć k r y t y c z n ą ś r e d n i c ę zarodków a Q, k t ó r a wynosi odpow iednio d l a z a ro d k a r e g u l a r n e g o i s f e r y c z n e g o :
a = J Ł J L L _ . p = 2NS
0 - ĆF - Ng’ 0 -AF-NE
a d a l e j p r a c ę Ao t w o r z e n i a z a ro d k a r e g u l a r n e g o i s f e r y c z n e g o o w i e l k o ś c i k r y t y c z n e j a Q:
A0 = s = ^ - 4 - <6a)
0 0 (dF + N£)
fi _ it TT C 16, nr & ^N / , , \
o e = <6b)
J a k wynika z rozw ażań p r a c a t w o r z e n i a z a r o d k a k r y ty c z n e g o j e s t równa j e d n e j t r z e c i e j w a r t o ś c i e n e r g i i p o w ierzc h n io w ej i j e s t o d w ro tn ie p r o p o r c j o n a l n a do k w a d ra tu zmian e n e r g i i sw obodnej, p r z y p a d a j ą c e j n a atom w y d z i e l e n i a .
W ielkość z a ro d k a k r y ty c z n e g o z a l e ż y t a k ż e od m i e j s c a two
r z e n i a s i ę w u k ł a d z i e fazowym o ra z od s t o p n i a p r z e s y c e n i a r o z -
20
tw o ru . Rozw ażania t e g o r o d z a j u przeprow adzone w p r a c a c h [116, 119, 120] w s k a z u ją , że p r z y małych p r z e s y c e n i a c h z a ro d e k po
s i a d a s k ł a d je d n o ro d n y i wyraźną g r a n i c ę m iędzyfazow ą, n a t o m i a s t w p o b l i ż u s p i n o d a l i prom ień z a ro d k a s t a j e s i ę "bardzo
duży, g r a n i c a m iędzyfazow a rozmywa s i ę a je g o s k ł a d s t a j e s i ę n ie je d n o r o d n y . Prom ień z a ro d k a m a le je od n i e s k o ń c z o n o ś c i p r s y zerowym p r z e s y c e n i u do n i e s k o ń c z e n ie m a łe j r ó ż n i c y s k ł a d u w p o b l i ż u s p i n o d a l i .
Zwykle w y d z i e l a j ą c e s i ę f a z y w ykazują zgodność głównych o s i k r y s t a l o g r a f i c z n y c h 7? s to s u n k u do s i e c i ro z tw o r u s t a ł e g o , t j .
odpow iednie p ła s z c z y z n y i k i e r u n k i s ie c i o w e w y d z ie le ń i osnowy s ą do s i e b i e r ó w n o l e g ł e . O k r e ś l a s i ę t o o g ó ln i e mianem k o h e re n c j i .
P o s t a ć w y d z ie le ń z a l e ż y n a t o m i a s t od r ó ż n i c y ś r e d n i c atomów sk ład n ik ó w s t o p u o ra z od w i e l k o ś c i e n e r g i i s p r ę ż y s t e j u k ła d u . W p rzypadku gdy r ó ż n i c a p ro m ie n i atomów n i e p r z e k r a c z a 3% wy
d z i e l a j ą c e s i ę f a z y p r z y jm u ją p o s t a ć k u l i s t ą , zaś gdy t a r ó ż n i ca j e s t w ię k s z a od 5% - tw o rz ą s i ę w y d z i e l e n i a w p o s t a c i dysków.
W y d z ie le n ia o k s z t a ł c i e re g u la rn y m zaobserwowano w s to p a c h n i k l u p rz y r ó ż n i c y ś r e d n i c atomowych 3-5%. Można j e tra k to w a ć
ja k o s f e r o i d y z małymi z a b u r z e n ia m i, spowodowanymi a n i z o t r o p i ą s p r ę ż y s t ą s i e c i . K s z t a ł t s f e r y c z n y w y d z ie le ń podyktowany j e s t dążeniem u k ła d u do o s i ą g n i ę c i a n a j m n i e j s z e j e n e r g i i p o w ie rz
c h n io w e j, t j . n a j m n ie j s z e g o s t o s u n k u p o w ie r z c h n i w y d z ie l a n ia do je g o o b j ę t o ś c i [116, 1 1 8 ] ,
Duży wpływ na p o s t a ć w y d z ie l e ń , p o s i a d a e n e r g i a s p r ę ż y s t a u k ła d u . Z a le ż n o ś ć między e n e r g i ą s p r ę ż y s t ą a k s z t a ł t e m w ydzie
l e ń p o d a ł N abarro [118, 121], r o z p a t r u j ą c ja k o m odel, wycinek r o z tw o r u s t a ł e g o w k s z t a ł c i e e l i p s o i d y o b ro to w e j o p ó ł o s i a c h
a i c , w o b r ę b i e k t ó r e g o możliwe j e s t w y d z ie l a n ie s i ę f a z , z m ie n ia ją c y c h je g o o b j ę t o ś ć . Na p o d s ta w ie t y c h rozw ażań N abarro w y k a z a ł, że n a j m n i e j s z ą energię, s p r ę ż y s t ą p o s i a d a w y d z ie l e n ie w k s z t a ł c i e dysku p r z y c / a < ; ł , zaś n a j w i ę k s z ą - w y d z ie l e n ie k u l i s t e p r z y c / a = 1. P rz y n i e c o m n i e j s z e j e n e r g i i s p r ę ż y s t e j od maksymalnej i c / a ^ l tw o rz ą s i ę w y d z i e l e n i a w p o s t a c i i g i e ł . Wyniki t y c h ro zw ażań p o tw ie rd z o n e z o s t a ł y p r z e z E x o n é ra , d l a alum inium [117] •
21
J a k wynika z p rz y to c z o n y c h danych o k s z t a ł c i e w y d z i e l a j ą cych s i ę z r o z tw o r u s t a ł e g o f a z d e c y d u ją ja k b y dwie p r z e c iw staw ne t e n d e n c j e , a m ianow icie e n e r g i a pow ierzchniow a i s p r ę ż y s t a u k ła d u . Z m n ie js z e n ie ty c h w i e l k o ś c i s p r z y j a w y d z ie l a n iu s i ę odpow iednie c z ą s t e k k u l i s t y c h i p ły tk o w y c h . R ozw ażania od
n o ś n ie k s z t a ł t u w y d z ie le ń d o ty c z ą zarówno s t r e f GP, f a z p r z e j ś c io w y c h , a w początkowym o k r e s i e t a k ż e f a z s t a b i l n y c h .
2 . 4 . N i e k t ó r e z a g a d n i e n i a um o c n ien ia 1 p e ł z a n i a stopów utw ardzonych d y s p e r s y j n i e
Wytworzenie p o d c z a s s t a r z e n i a d y s p e r s y j n e j f a z y s t a b i l n e j l u b t e ż wprowadzenie w c z a s i e p r o c e s u m e ta lu r g i c z n e g o z n a c z n e j i l o ś c i drobnych w tr ą c e ń tlen k ó w w y so k o tlo p liw y c h s p r z y j a zwięk
s z e n i u w y tr z y m a ło ś c i s t o p u w wyniku wzajemnego o d d z ia ły w a n ia d y s l o k a c j i z w y d z ie l e n ia m i. W y d z ie le n ia t e r o z m ie s z c z a n e na g r a n i c a c h z i a r n z m n i e j s z a j ą szy b k o ść p e ł z a n i a n i e t y l k o wsku
t e k t ł u m i e n i a o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e g o w p r z y g r a n i c z n y c h s t r e f a c h osnowy l e c z t a k ż e pod wpływem k o r z y s tn e g o o d d z i a ł y w ania n i e u l e g a j ą c y c h r e l a k s a c j i n a p r ę ż e ń p r z e c iw n ie s k ie ro w a nych do p r z e m i e s z c z a j ą c y c h s i ę w z i a r n i e d y s l o k a c j i . P o n ad to u i g r u j ą c e w z i a r n a c h d y s l o k a c j e wzajemnie o d d z i a ły w u ją z wy
d z i e l e n i a m i t j . mogą j e wyrywać z osnowy i zm ieniać p ł a s z c z y z nę p o ś l i z g u [122, 123] , p r z e c i n a ć c z ą s t k i f a z y d y s p e r s y j n e j l u b t e ż j e o k r ą ż a ć , p o z o s t a w i a j ą c wokół n i c h zam knięte p ę t l e
[124-]. Każdy z wymienionych mechanizmów wymaga doprow adzenia e n e r g i i , n i e z b ę d n e j d l a z w ię k s z e n ia d ł u g o ś c i l i n i i d y s l o k a c j i , co powoduje um ocnienie m e ta lu p o d c z a s o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n ego.
E n e r g i a doprow adzona do p r z e j ś c i a d y s l o k a c j i p r z e z w ydzie
l e n i e z o s t a j e zużytkowana n a p okonanie n a p r ę ż e ń d a l e k i e g o z a s i ę g u [125] , w y n ik a ją c y c h z r ó ż n e j o b j ę t o ś c i w ła ś c iw e j osnowy i w y d z i e l e n i a o ra z ró ż n y c h s t a ł y c h s p r ę ż y s t o ś c i obu t y c h f a z
[126] . J e ś l i moduł s p r ę ż y s t o ś c i f a z y w y d z ie lo n e j j e s t w iększy od modułu osnowy t o w y d z ie l e n ie b ę d z i e d z i a ł a ć n a d y s l o k a c j ę o d p y c h a ją c o . W wyniku p r z e c i ę c i a w y d z i e l e n i a p r z e z d y s l o k a c j ę i p r z e s u n i ę c i a obu je g o c z ę ś c i ( r y s . 7) z w ięk sza s i ę powierz--
