ZESZYTY N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L I S K I E J Seria: H U T N I C T W O z. 21
_________ 1 9 8 0 Nr kol. 6 5 4
Jerzy G I E R E K Henryk W O Ź N I C A Karol O Z I E D Z I C
Instytut I n ż y n i e r i i M a t e r i a ł o w e j Politechnika Ś l ę s k a
WSTĘPNA I D E N T Y F I K A C J A FAZ W S T R U K T U R Z E O D L E W N I C Z Y C H , Z A R O W Y T R Z Y M A Ł Y C H S T O P Ó W NA O S N O W I E N I K L U
S t r e s z c z e n ie. W p r a c y p r z e d s t a w i o n o p o d s t a w o w e m e t o d y b a d a ń w i e - l o f a z c w e j strtJITtury s t o p ó w na o s n o w i e niklu. Z e s t a w i o n o n a j b a r d z i e j p r z y d a t n e o d c z y n n i k i d l a u j a w n i e n i a faz w s t r u k t u r z e t y c h stopów.
P r z e p r o w a d z o n o b a d a n i a r o z m i e s z c z e n i a i m o r f o l o g i i , s e l e k t y w n i e u- j a w n i o n y c h faz w ę g l i k o w y c h ty p u M C i f a z y m i ę d z y m e t a l i c z n e j Nij (Al, Ti) w s t r u k t u r z e s t o p ó w w s t a n i e lanym. Wyniki a n a l i z y p o t w i e r d z o n o za p o m o c ę b a d a ń m i k r o t w a r d o ś c i i m i k r o a n a l i z y r e n t g e n o w s k i e j . W s k a z a n o na p r z y d a t n o ś ć s t o s o w a n y c h m e t o d d l a o k r e ś l e n i a i l o ś c i o w y c h p a r a m e t r ó w s t r u k t u r a l n y c h z p o w i e r z c h n i z g ł a d ó w .
1. W s t ę p
W s p ó ł c z e ś n i e s t o s o w a n e w i e l o s k ł a d n i k o w e s t o p y na o s n o w i e n i k l u m o gę pracować w t e m p e r a t u r a c h d o c h o d z ę c y c h d o 1 0 5 0 ° C £lj. K o r z y s t n e z e s p o l e n i e wytrzymałości na p e ł z a n i e , o d p o r n o ś c i na z m ę c z e n i e c i e p l n e i c i e p l n o - m e - c h a n i c z n e . o d p o r n o ś c i na k r u c h e p ę k a n i e o r a z ża r o o d p o r n o ś c l w zakresie t e m peratur pra<-y z a d e c y d o w a ł o o s z e r o k i m r o z p o w s z e c h n i e n i u t y c h t w o r z y w w ostatnim 3 0 - l e c i u w l o t n i c t w i e , e n e r g e t y c e , c h e m i i i p r z e m y ś l e m a s z y n o wym.
W y s o k a s t a b i l n o ś ć w ł a s n o ś c i m e c h a n i c z n y c h w z a k r e s i e t e m p e r a t u r p r a c y zwięzana jest w g ł ó w n e j m i e r z e z c h a r a k t e r y s t y c z n y m i c e c h a m i s t r u k t u r y u k ształtowanej w z ł o ż o n y m i c i ę g l e d o s k o n a l o n y m p r o c e s i e w y t w a r z a n i a tych stopów. P o g l ę d o w y s c h e m a t i l u s t r u j ę c y z m i s n y s t r u k t u r y i w y t r z y m a ł o ś c i na pełzanie w o k r e s i e ich i n t e n s y w n e g o r o z w o j u p r z e d s t a w i a rys. 1.
P o d s t a w o w y m i f a z a m i w y s t ę p u j ę c y m l w s t r u k t u r z e w s p ó ł c z e s n y c h s t o p ó w odl e w n iczych sę [^2] :
- o s n o w a , tj. r o z t w ó r s t a ł y C r . C o . M o , W i i n n y c h d o d a t k ó w w Ni, - p o d s t a w o w a faza u m a c n i a j ę c s Nij (Al, Ti, Nb),
- z ł o ż o n e w ę g l i k i t y p u MC, M & C . M 23C5■ - borki typu M38 2 *
- inne fazy m i ę d z y m e t a l i c z n e , np. <3 , u , X l u b Lávese.
P ie r w ia s tk i tw orzące:
:
- Gat. sto p u 2 8 0
Iffe
2105 MO
•S 70
i-
6 O
c 19A0 1950 1960 1970
L A T A
R y s . 1. Z a l a n y s t r u k t u r y i w y t r z y m a ł o ś c i na p e ł z a n i e e t o p ó w na o s n o w i e n i k l u w l a t a c h 1940-11970 [1]
P r o g n o z o w a n i e i o c e n a w ł a s n o ś c i s t o p ó w o tak z ł o ż o n y m s k ł a d z i e f a z o w y m s t a j ę s ię m o ż l i w e po u p r z e d n i m o k r e ś l e n i u r o d z a j u , i l o ś c i ( u d z i a ł u o b j ę t o ś c i o w e g o ) m o r f o l o g i i i r o z m i e s z c z e n i a faz w p ł y w a j ę c y c h d e c y d u j ę c o na u m o c n i e n i e i o s ł a b i e n i e t y c h stop ó w. W i e l o f a z o w a b u d o w a s t o p ó w p o w o d u j e , że s e l e k c j a p o s z c z e g ó l n y c h faz d l a c e l ó w b a d a w c z y c h Jest n i e j e d n o k r o t n i e b a r d z o u t r u d n i o n a i w y m a g a s t o s o w a n i a s k o m p l i k o w a n y c h m e t o d p r z y g o t o w a n i a i a n a l i z y s t r u k t u r a l n e j p r óbek. Z d r u g i e j s t r o n y , p o s z u k i w a n i e i o k r e ś l e n i e p r z y d a t n o ś c i s t o s u n k o w o p r o s t y c h m e t o d b a d a w c z y c h d e c y d u j e o e f e k t y w n o ś c i b a d a ń t y c h s t o pów. P o d s t a w o w e m e t o d y b a d a ń s t r u k t u r y s t o p ó w na o s n o w i e n i k l u u j m u j e t a b l i c a 1.
D l a a n a l i z y s k ł a d u f a z o w e g o t y c h s t o p ó w o r a z i d e n t y f i k a c j i s k ł a d n i k ó w s t r u k t u r a l n y c h d u ż e z n a c z e n i e aa s p o s ó b t r a w i e n i a p o w i e r z c h n i p r ó b k i po w y p o l e r o w a n i u na p o d ł o ż u z A l g O j , S I C lub z p a s t a m i d i a m e n t o w y m i . P r e p a r a t y k a p r ó b e k s t o s o w a n y c h d o o b s e r w a c j i na m i k r o s k o p i e ś w i e t l n y m p r z y p o w i ę k s z e n i u p o w y ż e j 1 0 0 0 x o r a z p r ó b e k s t o s o w a n y c h d o w y k o n a n i a r e p l i k w y m a g a s z c z e g ó l n i e s t a r a n n e g o p r z y g o t o w a n i a p o w i e r z c h n i na d r o d z e p o l e r o w a n i a , tak by o t r z y m a n y po n a s t ę p n y m w y t r a w i e n i u r e l i e f p o w i e r z c h n i b ył p o w t a r z a l n y 1 p o z b a w i o n y w s z e l k i c h z n i e k s z t a ł c e ń w a r s t w y p r z y p o w i e r z c h n i o w e j . C e l o w e Je st s t o s o w a n i e w t y m p r z y p a d k u k o m b i n o w a n y c h m e t o d p r z y g o t o w a n i a z g ł a d ó w d o o b s e r w a c j i l u b d a l s z e j p r e p a r a c j l na d r o d z e :
- p o l e r o w a n i a m e c h a n i c z n e g o , - p o l e r o w a n i a e l e k t r o l i t y c z n e g o , - t r a w i e n i a c h e m i c z n e g o i m e r s y j n e g o .
2,5 Ti; 1,3A l 2,9V;2$At 3,5Ti:L J A l 4 7 T & A I l,5Ti;55ALl.STa 2 0 C r-,2$Ti 19Cr;LMo;2,91i; 15Cr52Mq3$Ti 10Cs;3MoĄ7Ti;IV 9Cr;3,5Mo;lOW;l,5Ta Nimonic 80A USÓ0/IN-115AJ~70Q/R77 IN-100/R100 M arM 2iG
W s t ę p n a identy f i k a c j a faz. 2 5
T a b l i c a 1 M e t o d y b a d a ń s t o p ó w na o s n o w i e n i k l u C.21]
R o d z a j badań M e t o d a P r z y g o t o w a n i e p r ó b k i
O t r z y m y w a n e i n f o r m a c j e
1 2 3 4
M i k r o s t r u k t u r a
" l n s i t u "
m i k r o s k o p ś w i e t l n y
m i k r o s k o p s k a n i n g o w y
TME
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e lub p o w i e r z c h n i a p r z e ł o m u
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e , r e p l i k i d w u s t o p n i o w e w y c i n a n i e folii,
ś c i e n i e n i e d w u s t r o n n e
w i e l k o ś ć z i a r n a , k s z t a ł t i r o z m i e s z c z e n i e w i ę k s z y c h c z ę s t e k m o r f o l o g i a i r o z m i e s z c z e n i e m a ł y c h c z ę s t e k , t o p o g r a f i a p o w i e r z c h n i
m o r f o l o g i a 1 r o z m i e s z c z e n i e m a ł y c h c z ę s t e k
r o z m i e s z c z a n i e faz, p o l a o d k s z t a ł c e ń , u p o r z ę d k o w a n l e i w z a j e m n e o d d z i a ł y w a n i e d e f e k t ó w
A n a l i z a fa
z o w a "in s i t u "
m i k r o s k o p s k a n i n g o w y ze s p e k t r o m e t r e m e n e r g e t y c z n y m TME
M A R
s p e k t r o s k o p e l e k t r o n o w y A u g e r a
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e lub p o w i e r z c h n i a p r z e ł o m u
w y c i n a n i e folii, ś c i e n i e n i e d w u s t r o n n e
p o l e r o w a n i e
ł a m a n i e w w y s o k i e j p r ó ż n i
a n a l i z a J a k o ś c i o w a i p ó ł i l o ś c i o w a i d e n f y - f i k a c j a faz ( p i e r w i a s t k i c i ę ż s z e od s odu)
i d e n t y f i k a c j a faz za p o m o c ę m i k r o d y f r a k - c j i 1 p o r ó w n a n i e z d a n y m i s t a n d a r d o w y m i a n a l i z a J a k o ś c i o w a i i l o ś c i o w a ( p i e r w i a s t k i od B do U) s e g r e g a c j a i p r o f i l e s e g r e g a c j i w a r s t w a t o m ó w na g r a n i c a c h z i a r n
S t r u k t u r a k r y s t a l i c z n a i o r i e n t a c j a
” in s itu"
TME
m i k r o s k o p s k a n i n g o w y
d y f r a k c j a r e n t g e n o w ska
w y c i n a n i e f o l ii ś c i e n i e n i e d w u s t r o n n e
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e lub p o w i e r z c h n i a p r z e ł o m u
p o l e r o w a n i e , t r a w i e n i e
p o l e r o w a n i e e l e k t r o l i t y c z n e c i e n k i c h p r ę c i k ó w
s t r u k t u r a k r y s t a l i c z na i o r i e n t a c j a za p o m o c ę m i k r o d y f r a k c j i o r i e n t a c j a i d o s k o n a ł o ś ć m i k r o o b s z a r ó w o k r e ś l a n a za p o m o c ę d y f r a k c j i e l e k t r o n ó w o d b i t y c h (o ś r e d n i c y 5 ¿jm)
o r i e n t a c j a z i a r n (o ś r e d n i c y 0 , 1 mm) p r e c y z y j n y p a r a m e t r s i e c i o w y m e t o d ę D e b y e - S c h e r r e r e
cd. t a b l i c y 1
1 2 3 4
A n a l i z a d r o g ą i z o l a c j i faz
TME
m i k r o s k o p s k a n i n g o w y ze s p e k t r o m e t r e m e n e r g e t y c z n y m m i k r o a n a l i z a i a n a l i z a r e n t g e n o w s k a
r e p l i k i e k s t r a k c y j n e
r e p l i k i e k s t r a k c y j n e w ę g l o w e
r o z p u s z c z a n i e a n o d o w e p r ó b e k l i t y c h i o s a d z a n i e r o z p u s z c z o n y c h faz ( s e
p a r a c j a w ę g l i k ó w fazy)
r o z m i e s z c z e n i e i i d e n t y f i k a c j a w y d z i e l e ń za p o m o c ą m i k r o d y f r a k - cji
a n a l i z a i l o ś c i o w a i r o z m i e s z c z e n i e c z ą stek
i l o ś ć faz, s t r u k t u r y k r y s t a l i c z n e i p a r a m e t r y s i e c i o w e o k r e ś l a n e m i k r o d y f r a k c j ą i d y f r a k c j ą rtg.
s k ład z a n a l i z y k o n w e n c j o n a l n e j , m i k r o - a n a l i z y rtg. l u b a n a l i z y s p e k t r a l n e j e n e r g e t y c z n e j M i k r o t w a r d o ś ć m i k r o s k o p
ś w i e t l n y w g n i a t a n i e p en e -
t r at o ra z m i a n y t w a r d o ś c i faz, b a d a n i a p r o c e s ó w z d r o w i e n i a
S e g r e g a c j a B a u t o r a d l o -
g r a f i c z n e a k t y w o w a n i e p r ó b e k p o l e r o w a n y c h
J a k o ś c i o w a a n a l i z a r o z m i e s z c z e n i a boru
Z a s t o s o w a n i e takie j m e t o d y k i p r z y g o t o w a n i a z g ł a d ó w d l a s t o p u o d l e w n i c z e g o B 1 9 0 0 [ 3 3 p o z w o l i ł o u z y s k a ć z a d o w a l a j ą c y r e l i e f d l a faz w y s t ę p u j ą c y c h w o s n o w i e . P r z y p o l e r o w a n i u m e c h a n i c z n y m na p a s t a c h d i a m e n t o w y c h n a s t ę p u j e w y d a t n e z m n i e j s z e n i e g r u b o ś c i w a r s t e w k i B e i l b y ’ego, z a ś f a z y w ę g l i k o w e i b o r k o w e p r z y j m u j ę p e w i e n w s t ę p n y relief. N a s t ę p n e p o l e r o w a n i e e l e k t r o l i t y c z n e w c i ę g u 5 s p r z y n a p i ę c i u 2 5 V w r o z t w o r z e z a w i e r a j ą c y m 6 ml H C 1 + 10 ml H g S O ^ + 60 ml C g H ^ O H c a ł k o w i c i e e l i m i n u j e o d k s z t a ł c o n ą w a r s t e w k ę p r z y p o w i e r z c h n i o w ą o r a z z w i ę k s z a r e l i e f w ę g l i k ó w 1 b o r k ó w , nie d o p r o w a d z a j ą c J e d n o c z e ś n i e d o u j a w n i e n i a fazy . Końcowe t r a w i e n i e im er- s y j n e w 2 0 % r o z t w o r z e o d c z y n n i k a M a r b l e ' a , o d d z i e ł y w a j ą c i n t e n s y w n i e j na fazę n i ż na o s n o w ę 'jj' d a j e w e f e k c i e o b s e r w a c j i p l a s t y c z n y o b r a z s t r u k t u r y , w k t ó r y m w ę g l i k i i b o r k i w y s t ę p u j ą nad p o w i e r z c h n i ą o s n o w y ^ , p o d c z a s g d y faza 'f' u l e g a j ą c w y t r a w i e n i u jest u m i e j s c o w i o n a p o n i ż e j o s n o w y -¡f .
N a j c z ę ś c i e j s t o s o w a n e r o d z a j e o d c z y n n i k ó w d o t r a w i e n i a e l e k t r o l i t y c z n e g o i i m e r s y j n e g o s t o p ó w z e s t a w i o n o w t a b l i c y 2.
W o s t a t n i m o k r e s i e c o r a z w i ę k s z e z a i n t e r e s o w a n i e w z b u d z a j ą s p e c j a l n e m e t o d y p r z y g o t o w a n i a z g ł a d ó w do a n a l i z y - s z c z e g ó l n i e i l o ś c i o w e j - s k ł a d u f a z o wego . I n t e r e s u j ą c e r e z u l t a t y b a r w i e n i a nalotowego w y p o l e r o w a n y c h z g ł a d ó w p r ó b e k s t o p u na o s n o w i e n i k l u o t r z y m a l i a u t o r z y p r a c y [li], którzy z a s t o s o w a l i d o n a n i e s i e n i a w a r s t e w k i t l e n k ó w s p e c j a l n ą komorę p r ó ż n i o w ą L e i - tza. W z a l e ż n o ś c i od c z a s u p o w i e r z c h n i o w e g o u t l e n i a n i a w a t m o s f e r z e z j o - n i z o w a n e g o t l e n u u z y s k u j e s ię d u ż e z r ó ż n i c o w a n i e b a r w poszczeg ó l n y c h s k ł a -
W s t ę p n a Identyfik acj a faz. 2 7
T a b l i c a 2 Ro d z a j e o d c z y n n i k ó w s t o s o w a n y c h d o t r a w i e n i a e l e k t r o l i t y c z n e g o
i i m e r e y j n e g o s t o p ó w Nr
odcz. Skład o d c z y n n i k a W a r u n k i t r a w i e n i a S p o e ó b o d d z i a ł y w a n i a
Ź r ó - d ło A. Odczy nniki d o t r a w i e n i a e l e k t r o l i t y c z n e g o .
Al 6 «1 HF
8 *1 H NOj 30 ml g l i c e r y n y
n a p i ę c i e 3 V g ę s t o ś ć p r ę d u 0 , 2 0 A / c m c z a s 2 k i l k a d o k l l k a d z i e - sięt s e k u n d
o g ó l n y - u j a w n i a fazę 1 w ę g l i k i W
A2 Murakami
10 g ż e l a z o c y j a - nek po tasu
10 g w o d o r o t l e n e k potasu
100 «1 H g O d e s t .
n a p i ę c i e 244 V, g ę s t o ś ć p r ę d u 0 , 5 A / d c m 2 c z a s 5-jl5 sek.
u j a w n i a w ę g l i k i , k t ó r e u l e g a j ę z a b a r w i e n i u ne k o lor s z a r y
[5]
A3 50% r-r H C1
w wodzie
g ę s t o ś ć p r ę d u 0 , 1 5 - 0 , 3 0 A / c m 2 c z a s 4 4 5 m i n
u j a w n i a w y d z i e l e nia a z o t k ó w t y t a n u w ę g l i k ó w i w ę g l o a z o t k ó w
[5]
A4 10% r-r H 3 P04
w wodzie
n a p i ę c i e 3 V g ę s t o ś ć p r ę d u 0 , 5 A / d c m 2 c z a s 5 4 1 5 sek.
u j a w n i a f a z ę ^ ' W
B. Odcz ynniki d o t r a w i e n i a l a e r s y j n e g o
BI Marble 'a
4 g C u S 0 4 2 0 al H C 1 2 0 al H 2 0
c z a s t r a w i e n i a od k i l k a do k i l k u n a s t u sek. w g w y n i k u o b s e r w a c j i
u j a w n i a g r a n i c e z i a r n o r a z s t r u k t u r ę o g ó l n ę z i a r n
[ 6 1
B2 1 cz. r - r u N a O H w HgO
1 cz, n a s y c o n e g o roztworu K M n 0 4
i a p e r s y j n l e 1 0 4 6 0 sek. w temp. o t o c z e n i a
s t o s o w a n y d o r o z r ó ż n i a n i a w ę g l i k ó w M 2 3 C 6 i f a z y 6
[7]
B3 30 al odcz.
Adlera 7 0 al C g H g O H
5 Ą 2 0 sek. w temp.
o t o c z e n i a
o g ó l n e , f a z ę Z r S x b a r w i na b r ę z o - wo, w ę g l i k i na s z a r o
[15]
B4 0,5 g p i r o s l a r - czyn p o t a s u 33,4 al HC1 66,6 ml H 2 0 dest.
t r a w i ć do m o m e n t u u t w o r z e n i a b a r w n e j w a r s t e w k i s i a r c z y nu na p o d ł o ż u b o g a t y m w Ni
o s n o w a u L e g a z a b a r w i e n i u , w y d z i e l e n i a p o z o s t a j ę J a sne, g r a n i c e z i a r n i b l i ź n i a k ó w b a r w i ę s i ę o d m i e n nie
[9]
B5 2 al H N 0 3
3 ml g l i c e r y n y 95 »1 C g H g O H
t r a w i ć w temp.
o t o c z e n i a w c z a s i e k i l k u n a s t u s e k u n d
u j a w n i a s e l e k t y w n i e fazy z m a g n e z e m
B o }
d n i k ó w e t r u k t u r a l n y c h , u z a l e ż n i o n e od g r u b o ś c i w a r s t w t l e n k o w y c h , p o w s t a łych w w a r u n k a c h I n t e n s y w n e g o b o m b a r d o w a n i a tych s k ł a d n i k ó w a t o m a m i t l e nu. I tak d l a r ó ż n y c h c z a s ó w b a r w i e n i a u z y s k u j e się n a s t ę p u j ą c e b a r w y d l a tej samej fazy:
5 m in - J a s n o z i e l o n a 5 m i n 2 0 s - p o m a r a ń c z o w a 5 min 4 0 s - j a s n o b r ę z o w a 6 m i n - f i olet owa .
B a d a n i a m i k r o t w a r d o ś c i w y d z i e l e ń faz s t a n o w i ę J e d n ę z n a j s z y b s z y c h 1 n a j p r o s t s z y c h m e t o d ich w s t ę p n e j i d e n t y f i k a c j i . P o r ó w n a w c z a a n a l i z a m i k r o t w a r d o ś c i d a n e j f a z y u m o ż l i w i a Jej i d e n t y f i k a c j ę w p r z y p a d k u :
- o d p o w i e d n i e j w i e l k o ś c i w y d z i e l e n i a ,
- p r a w i d ł o w o d o b r a n y c h p a r a m e t r ó w p o m i a r u ( s z c z e g ó l n i e o b c i ę ż e n l a ) , - d y s p o n o w a n i a d a n y m i d l a p o r ó w n a n i a Ich z u z y s k a n y m i w y n i k a m i .
Z a l e c a się [12] p r z e p r o w a d z a n i e p o m i a r ó w w s z e r s z y m z a k r e s i e o b c i ę ż e ń w c e l u u s t a l e n i a s t a b i l n y c h w a r t o ś c i m i k r o t w a r d o ś c i i o d p o w i a d a j ę c y c h im o p t y m a l n y c h o b c i ę ż e ń . N i e k t ó r e z n a j c z ę ś c i e j s p o t y k a n y c h w s t o p a c h na o s n o w i e n i k l u faz m i ę d z y m e t a l i c z n y c h i o d p o w i a d a j ę c e im w a r t o ś c i m i k r o t w a r d o ś c i p r z e d s t a w i o n o w t a b l i c y 3.
T a b l i c a 3 M l k r o t w a r d o ś ć n i e k t ó r y c h z w l ę z k ó w m i ę d z y m e t a l i c z n y c h [12]
Faza O b c i ę ż e n i e , N M l k r o t w a r d o ś ć
HV, M P a
N1A1 3 8 1 0
N i 3A 1 3 6 7 5
N i 3Ti 6 4 3 5
N i 3 Nb 1 862 8 9 6 5
e u t e k t y k a 4 9 3 0
N i j A l + N i j N b e u t e k t y k a
N i j A l + N i 3 Ta 6 7 0 0
D a n e o d n o ś n i e do m i k r o t w a r d o ś c i w ę g l i k ó w m e t a l i p r z e j ś c i o w y c h w z a l e ż n o ś c i od i l o ś c i e l e k t r o n ó w w a l e n c y j n y c h na z e w n ę t r z n y c h p o d p o w ł o k a c h d 2 s2 p r z e d s t a w i a r y s u n e k 2.
W s t ę p n a i dentyfikacja faz. 29
Liczba e le k tro n ó w d -s m e ta lu
Rys, 2. M i k r o t w a r d o ś ć w ę g l i k ó w m e t a l i p r z e j ś c i o w y c h [123
2. B a d a n i a własne
2.1. C el 1 zakr es b a d a ń
W p r a c y podjęto b a d a n i a m a j ę c e na c e l u o k r e ś l e n i e m o ż l i w o ś c i s e l e k t y w n e g o ujawniania faz w s t r u k t u r z e w i e l o s k ł a d n i k o w y c h , o d l e w n i c z y c h s t o p ó w na o s n o w i e niklu, o p r a c o w a n y c h i w y k o n a n y c h w I n s t y t u c i e I n ż y n i e r i i M a t e r i a ł o wej Politec hni ki ś l ę s k i e j . D l a p o t w i e r d z e n i a o t r z y m a n y c h r e z u l t a t ó w t r a w i e n i a na ok re ś l o n e f azy p r z e p r o w a d z o n o b a d a n i a m i k r o t w a r d o ś c i i mi- k r o a n a l l t y c z n e r o z k ł a d u p i e r w i a s t k ó w c h e m i c z n y c h na p r z e k r o j u w y d z i e l e - n i e - o s n o w a .
B a d a n i a s t r uktur aln e w y k o n a n o na c z t e r e c h s t o p a c h w s t a n i e l a n y m o s k ł a d z i e chealcz nym p r z e d s t a w i o n y m w t a b l i c y 4.
T a b l i c a 4 S k ł a d c h e m i c z n y b a d a n y c h s t o p ó w
S t o p Z a w a r t o ś ć p i e r w i a s t k a w % W a g o w y c h
C Cr Co A l + T i W + M o N b + T a Z r Ni
A 0,15 12 10 8 4 1,5 0 , 0 5 o e n o w a
B 0,15 12 20 6 - 3 , 0 0 , 5 0 -
C 0,12 12 1 6 4 , 5 2 , 5 0 , 1 0 -
D 0,15 12 5 8 9 1,5 0 , 5 5
D o b a d a ń M e t a l o g r a f i c z n y c h i a l k r o a n a l l t y c z n y c h s t o s o w a n o p r ó b k i w y c i ę t e z wl e w k ó w o w y m i a r a c h § 42 x 100 mm d l a s t o p ó w A i B o r a z $ 15 x x 150 mm d l a e t o p ó w C 1 D, p r z y c z y m z g ł a d y w y k o n a n o na p o w i e r z c h n i p r o s t o p a d ł e j do o s i w l e w k a . P r ó b k i s z l i f o w a n o m e c h a n i c z n i e na p a p i e r a c h o
g r a d a c j i od 2 2 0 d o 600, a n a s t ę p n i e p o l e r o w a n o na p a s t a c h d i a m e n t o w y c h . P o l e r o w a n i e e l e k t r o l i t y c z n e p r z e p r o w a d z o n o d l a p r ó b e k , k t ó r e s ł u ż y ł y do u j a w n i e n i a f azy ■£"' , w c l ę g u ok. 10 se k p r z y n a p i ę c i u 2 5 V, w o d c z y n n i k u a n a l o g i c z n y m d o s t o s o w a n e g o w p r a c y [js]. R o d z a j z a s t o s o w a n e g o d o t r a w i e nia z g ł a d ó w o d c z y n n i k a p o d a n o z u w z g l ę d n i a n i e m o z n a c z e ń s t o s o w a n y c h w t a b l i c y 2.
O b s e r w a c j i s t r u k t u r y s t o p ó w w z a k r e s i e p o w i ę k s z e ń 1 0 0 - 1 5 0 0 x d o k o n a n o za p o m o c ę m i k r o s k o p u ś w i e t l n e g o f i r m y R e i c h e r t t y p u M e F - 2 , z a ś p r z y p o w i ę k s z e n i u 3 0 0 0 x na m i k r o s k o p i e s k a n i n g o w y m f i r m y O E O L t y p u 0 S M - S 1 o n o m i n a l n e j z d o l n o ś c i r o z d z i e l c z e j 2 5 0 p r z y n a p i ę c i u p r z y s p i e s z e j ę c y a 10 kV. B a d a n i a m i k r o t w a r d o ś c l u j a w n i o n y c h p o t r a w i e n i u fez w y k o n a n o przy u ż y c i u o d p o w i e d n i e j p r z y s t a w k i d o m i k r o s k o p u R e i c h e r t M e F - 2 . S t o s o w a n o p o m i a r m e t o d ę V i c k e r s a , p r z y o b c i ę ż e n i u 1 8 6 , 2 N. Badanie r o z m i e s z c z e n i a p i e r si a s i k ó w s t o p o w y c h w w y b r a n y c h o b s z a r a c h p r o w a d z o n o z a p o m o c ę m i k r o a n a l i - z a t o r a r e n t g e n o w s k i e g o D X M - 5 0 A , o z d o l n o ś c i r o z d z i e l c z e j 1 5 0 A, p r z y n a p i ę c i u p r z y s p l e s z a j ę c y m 2 5 kV. O k r e ś l o n o V o z k ł a d y l i n i o w e p o d s t a w o w y c h p i e r w i a s t k ó w w ę g l l k o t w ó r c z y c h , tj. Cr, Ti, M o , Ta o r a z t w o r z ę c y c h fazę m i ę d z y m e t a l i c z n e N i 3 (Al, Ti).
2.2. W y n i k i b a d a ń
P r z e p r o w a d z o n e b a d a n i a m e t a l o g r a f i c z n e w y k a z a ł y , że d l a u j a w n i a n i a faz w ę g l i k o w y c h a n a l i z o w a n y c h s t o p ó w n a j b a r d z i e j p r z y d a t n y jest o d c z y n n i k o s y m b o l u B2. P r z y k ł a d y s t r u k t u r z s e l e k t y w n i e u j a w n i o n y m i w ę g l i k a m i p r z e d - s t a w i a j ę rys. 3-f6.
A n a l i z a s t r u k t u r y p o z w a l a j e d n o z n a c z n i e o k r e ś l i ć w tym p r z y p a d k u c h a r a k t e r r o z m i e s z c z e n i a w ę g l i k ó w i i c h p o d s t a w o w e c e c h y m o r f o l o g i c z n e , t a kie j a k k s z t a ł t i w i e l k o ś ć . D l a s t o p u A o b s e r w u j e się s z e r e g o w e z g r u p o w a n i a w ę g l i k ó w (rys. 3), n a t o m i a s t w s t o p i e C - u k ł a d y w y d z i e l e ń w p o s t a ci s i a t k i (rys. 4). P o r ó w n a n i e c e c h m o r f o l o g i c z n y c h w y d z i e l e ń w ę g l i k ó w Rys. 3. R o z m i e s z c z e n i e w ę g l i k ó w w
s t o p i e A. Odcz. B2. M ikr. ś w i e t l ny. Pow. 1 00 x
Rys. 4. R o z m i e s z c z e n i e w ę g l i k ó w w s t o p i e C. O dcz. B2. M i k r . świe tl n y.
Pow. 100 x
W s t ę p n a identyfikacja faz. 31
Rys. 5. Morfologia w ę g l i k ó w w s t o p i e A. Odcz. B2. M i k r . świe t l n y .
Pow. 1 5 0 0 x
Rya. 6. M o r f o l o g i a w ę g l i k ó w w s t o p ie C. Odcz. B2. M i k r . ś w i e t l n y .
Pow. 1 5 0 0 x
w s k a z u j e na .całkiem o d m i e n n y c h a r a k t e r b u d o w y t y c h fez w o b y d w u s t o p a c h . W s t o p i e A w ęg lik i m a j ę b u d o w ę z w a r t ę , p r z y c z y m w e w n ę t r z w y d z i e l e ń w ę g l i k ó w występuję c h a r a k t e r y s t y c z n e d l a n i c h d o d a t k o w e c z ę s t k i , u w a ż a n e za w t r ę c e n i a niem etal icz ne (rys. 5) [ l 3 , lśj.
W o s n o w i e stopu C o b s e r w u j e s i ę w ę g l i k i o s i l n i e rozwiniętej p o w i e r z c h n i rozdziału, o n i e r e g u l a r n y m k s z t a ł c i e , w y k r y s t a l i z o w a n e b a r d z o c z ę s t o w p o s t a c i dendrytów (rys. 6).
B a d a n i a mi k r o t w a r d o ś c i p o j e d y n c z y c h , w i ę k s z y c h c z ę s t e k w ę g l i k ó w o b u d o w l e zwartej w y k a z a ł y , że sę to f e z y b a r d z o t w a r d e o m i k r o t w a r d o ś c i ok.
3 0 0 0 H V , tj. zbliżone j d o w a r t o ś c i o d p o w i a d a j ę c y c h f a z i e M C (rys. 2).
Roz m i e s z c z e n i e p i e r w i a s t k ó w w ę g l i k o t w ó r c z y c h na p r z e k r o j u węglika o b u d o w i e zwartej Jest w ł a ś c i w e d l a w ę g l i k ó w t y p u MC. W skład w y d z i e l e ń w c h o d z ę Ti, Mo, Ta, n a t o m i a s t k o n c e n t r a c j a C r z n a c z n i e s p a d a p o n i ż e j z a w a r t o ś c i Jej w o s n o w i e , co w y k l u c z a m o ż l i w o ś ć w y s t ę p o w a n i a w t y m p r z y p a d ku w ę g l i k ó w typu M 2 3 C 6 (ry ® ’ 7 > ®)*
Rys. 7. Z miana k o n c e n t r a c j i Cr i T i w z d ł u ż linii c i ę c i a . Pow. 3000x
Rys. 8. Z m i a n a k o n c e n t r a c j i M o i Ta w z d ł u ż l i n i i c i ę c i a . Pow. 3 0 0 0 x
Rys. 9. R o z m i e s z c z e n i e fazy w s t o p i e B. M i k r o s k o p świetlny. Odcz.
Al. Pow. 5 0 0 x
Rys. 10. R o z m i e s z c z e n i e f a z y f ' w s t o p i e D. M i k r o s k o p ś w i e t l n y . Odcz.
Al. Pow. 1 0 0 x
Rys. 11. M o r f o l o g i a e u t e k t y k l ^ - ^ ' w s t o p i e B. M i k r . s k a n i n g o w y .
Odcz. Al. Pow. 3 0 0 0 x
Rys. 12. M o r f o l o g i a f a z y f w s t o p i e D. M i k r o s k o p s k a n i n g o w y . Odcz.
Al. Pow. 3 0 0 0 x
Rys. 13. F aza p ł y t k o w a w o b s z a r z e Rys. 14. F a z a p ł y t k o w a w o b s z a r z e s k u p i s k z f azę ft1. M ik r. świ e t l n y . Jw. M i k r o s k o p s k a n i n g o w y . O dcz. B3.
O dcz. B 3 . Pow. 5 0 0 x Pow. 3 0 0 0 x
S t r u k t u r ę s t o p ó w B i O, po t r a w i e n i u e l e k t r o l i t y c z n y m w o d c z y n n i k u o s y m b o l u A l , p r z e d s t a w i o n o na rys. 9Ą14. P o r ó w n a w c z a o b s e r w a c j a s t r u k t u r y o b y d w u t ych s t o p ó w w y k a z u j e z n a c z n e z r ó ż n i c o w a n i e m o r f o l o g i i w y d z i e l e ń f » z y f . s z c z e g ó l n i e w i n t e n s y w n i e j t r a w i ę c y c h s ię o b s z a r a c h n i e c i ę g ł y c h g r a n i c z i a r n (rys. 9, 10). S t o p B o d z n a c z a s i ę w i ę k s z ę r ó w n o m i e r n o ś c i ?
W s t ę p n a i d e n t y f i k a c j a faz. 33
r o z m i e s z c z e n i a f a zy w t y c h o b s z a r a c h , p r z y c z y m w y s t ę p u j ę c a m i e j e c a m i e u t e k t y k a c e c h u j e się d y s p e r s y j n ę b u d o w ę c z ę t e k o c h a r a k t e r z e p ł y t k o w y m (rys. 11). D l a stopu D s t w i e r d z o n o w l ę k s z ę s k ł o n n o ś ć d o w y d z i e l a n i a f azy 'jj-1 w f o r m i e dużych s k u p i s k , z a w i e r a j ę c y c h g r u b o z i a r n i s t e c z ę s t - ki tej f azy na o b r z e ż u i d y s p e r s y j n e w e w n ę t r z s k u p i s k (rys. 12). W n i e k t ó r y c h o b s z a r a c h z a obs erwowano w y d z i e l e n i a f a z y o b u d o w i e p ł y t k o w e j , u m i e j s c o w i o n e na pograniczu d u ż y c h s k u p i s k z g r u b o z i a r n i s t y m i c z ę s t k a m i f a z y (rys. 13, 14). P o d o b n e w y d z i e l e n i a o b s e r w o w a n o w t y c h o b s z a r a c h d l a s t o p u o d l e w n i c z e g o I N - 7 3 8 L C Cl5], z a ś s z c z e g ó ł o w a a n a l i z a m i k r o a n a -
l i t y c z n a s k ł a d u che micznego w y k a z a ł a , że j es t to faza Z r S x - D odatkowe o b s e r w a c j e , w y k o n a n e na m i k r o s k o p i e ś w i e t l n y m d l a z g ł a d ó w t r a w i o n y c h w o d c z y n n i k u B3, p o t w i e r d z a j ? , że w y d z i e l e n i a te m a j ę b a r w ę b r ę z o w ę , co w po- ł ę c z e n i u z w y n i k a m i o bserwacji ww. a u t o r ó w p o z w a l a p r z y j ę ć fakt w y s t ę p o w a n i a f a z y Z r S x w strukturze s t o p u D z a n a j b a r d z i e j w i a r y g o d n y .
B a d a n i a mikr otw a r d o ś c i s t o p u B w y k a z a ł y , że m i k r o t w a r d o ś ć o b s z a r ó w e u t e k t y k l Jest nieznacznie w y ż s z a od o s n o w y z d y s p e r s y j n ę fazę 'J’1 1 w y n o s i o d p o w i e d n i o 4 7 0 1 4 5 0 HV. M i k r o t w a r d o ś ć d u ż y c h c z ę s t e k f a z y w y - s t ę p u j ę c y c h na o b r z e ż u s k upisk w s t o p i e D w y n o s i ok. 6 0 0 HV, z a ś o s n o w y
^ - ok. 5 5 0 HV.
A n a l i z a J a k o ś c i o w a rozkładu Ni, A l , T i w z d ł u ż l i n i i c i ę c i a , p r z e b i e - g a j ę c e j p r z e z d u ż e częstki p i e r w o t n y c h w y d z i e l e ń f a z y 'jj'1 w s t o p i e C, w y k a z a ł a w z r o s t konce ntracji t y c h p i e r w i a s t k ó w w o b s z a r z e w y d z i e l e ń (rys.
1 5 * 1 7 ) , co p o t w i e r d z a w y s t ę p o w a n i e f a z y t y p u (A 1 . Ti). Z m n i e j s z e n i e k o n c e n t r a c j i Ni 1 A l o r a z w z r o s t T i w o b s z a r z e m a ł y c h c z ę s t e k w y s t ę p u j ę c y c h w pobli żu fazy ' ś w i a d c z y o o b e c n o ś c i w ę g l i k ó w MC.
Rys. 15. Z m i a n a kon cen t r a c j i Ni
w z d ł u ż l i n i i cięc ia. Pow. 1 0 0 0 x Rys. 16. Z m i a n a k o n c e n t r a c j i A l w z d ł u ż l i n i i c i ę c i a . Pow. 1 0 0 0 x
Rys. 17. Z m i a n a k o n c e n t r a c j i Ti w z d ł u ż l i n i i c i ę c i a . Pow. 1 0 0 0 x
2.3. W n i o s k i
N a p o d s t a w i e p o w y ż s z y c h r e z u l t a t ó w b a d a ń m o ż n a s f o r m u ł o w a ć n a s t ę p u j ę c e w n i o s k i :
1. Z a s t o s o w a n i e t r a w i e n i a s e l e k t y w n e g o d l a w i e l o f a z o w y c h a t o p ó w na o s n o w i e n i k l u u m o ż l i w i a s z y b s z e i s k u t e c z n i e j a z e p r z e p r o w a d z e n i e w s t ę p n e j o c e n y s k ł a d u f a z o w e g o a t o p ó w pod w z g l ę d e m j a k o ś c i o w y m .
2. U z y s k a n e w y n i k i w s k a z u j ę na d u ż ę p r z y d a t n o ś ć s t o s o w a n y c h m e t o d d l a o c e n y m o r f o l o g i i i r o z m i e s z c z e n i a p i e r w o t n y c h faz w s t r u k t u r z e s t o p ó w t y pu o d l e w n i c z e g o .
3. D l a u z y s k a n i a d o k ł a d n y c h d a n y c h o d n o ś n i e d o t r a w i e n i a na o k r e ś l o n e fazy, a w s z c z e g ó l n o ś c i na w ę g l i k i , k o n i e c z n e Jest p r z e p r o w a d z e n i e b a d a ń u z u p e ł n i a j ą c y c h , np. m e t o d ę m i k r o a n a l i z y r e n t g e n o w s k i e j .
4. O t r z y m a n e w y n i k i b a d a ń sę z a c h ę c a j ą c e d l a d o k o n a n i a d a l s z e j o c e n y p a r a m e t r ó w s t r u k t u r a l n y c h m e t o d a m i m e t a l o g r a f i i i l o ś c i o w e j na p o w i e r z c h n i z g ł a d ó w .
L I T E R A T U R A
[l] M E E T H A M G . W . : T h e M e t a l l u r g i s t and M a t e r i a l T e c h n o l o g y , 1976, 11, e.
590.
|j2] S T I C K L E R R. : P h a s e S t a b i l i t y in S u p e r a l l o y s , w m o n o g r a f i i pod red.
S a h m a P . R . , S p e i d e l a M.O. " H i g h - T e m p e r a t u r e M a t e r i a l s in G a s T u r b i n e s " E l s e v i e r S c i e n . Publ. C o m p . , A m s t e r d a m - L o n d o n - N e w Y o r k . 1974.
[3] D A N E S I W.P. i i nn i: T rans. A S M , 1966, t. 59, s. 506.
[4] K O T V A L P.S. 1 i nni: Met. T r a n s a c t i o n , 1972, 2, s. 453.
[5]] B E T T E R I D G E W. , H E S L O P 0.: T h e N i m o n i c A l l o y s , A r n o l d , L o n d o n , 1974.
[6] K O Z Y R S K I G.3. i i nni: Izw. A N S S S R , M l e t a ł ł y , 1975.
[7] W A L L A C E W. i i nni: Met. T ra ns . 1976, 6, s. 992. ^
[8] H O F F E L N E R W. i i n n i : M i k r o c h l m i c a a ct a , 1977, Supl. 7, a. 432.
fe] T I T O W F.M. i i n n i : Z a w o d s k a j a L a b o r a t o r l J a , 1976, 9, s. 1104.
[lÓJ G R I E B C O W A T.M. i i n n l : Z a w o d s k a j a L a b o r a t o r l J a . 1976. 1, s. 45.
W s t ę p n a i dentyfikacja faz. 35
Q l ] G R A E F I.., HARTMANN K.H. i i n . : P r a k t i s c h e M e t a l l o g r a p h i e . 1 9 77. 14, ss. 87-98.
[123 G R I G O R O W I C Z W.K. : T w i o r d ö s t ' i m i k r o t w i o r d o s t ’ m i e t a ł ł o w , Izd. N a u ka, M o s k w a , 1976.
[13] M A C I E 3 N Y A. i inni: M s t e r i a ł y V K onf. n.t. M i k r o s k o p i i c i a ł a s t a ł e go, W a r s z a w s - O a d w i s i n , 1978.
[14] B I E B E R e.G., D E C K E R R . F . : Ż a r o p r o c z n y J e m a t i e r i a ł y , tł. ros. Izdat.
" M e t a ł ł u r g i j a " . M o s k w a 1969.
[15] T H I E N V. i inni: M i k r o c h i m i c a a c t a , 1 977, Supp l . 7, ss. 3 8 9 - 4 0 3 .
ilP E H B A P M iB H b H A ii H8EHTH4HKA11BH ® A 3 B JM T E itH O tt C T P Y K T y P E JCAPOCTOfiKHX CnJIABOB HA OCHOBE HHKEJIH
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P R E L I M I N A R Y PHASE I D E N T I F I C A T I O N IN THE S T R U C T U R E O F C A S T I N G , H E A T - R E S I S T A N T N I C K E L - B A S E - A L L O Y S
S u m m a r y
The p a p e r contains the b a s i c m e t h o d s of a n a l y s i s for m u l t i p h a s e s t r u c t u r e nickel-ba.se-allcys. T he m os t s u i t a b l e reagents for p h a s e i d e n t i f i c a t i o n in the alloy s t r u c t u r e s h a v e b e e n c o l l e c t e d . A r r a n g e m e n t and m o r p h o l o g y of selecti vel y d e t e c t e d c a r b i d e p h a s e , type M C as w e l l as intermetallic p h a s e -Nij(Al,Ti) in the a l l o y s t r u c t u r e at a c a s t s t a t e w e r e s t u d i e d . T h e resu lts of a n a l y s i s w e r e p r o v e d b y m e a n s of m i c r o h e r d n e s s s t u d i e s and X - r a y micro ana lysis. Th e s u g g e s t e d m e t h o d for i d e n t i f i c a t i o n of quantitative structurel p a r a m e t e r s from the p o l i s h e d s e c t i o n s u r f a c e w as c o n s i d e r e d to be useful.
