Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), Москва, Россия:

Е. А. Лукина, ведущий научный сотрудник, эл. почта: lukinaea@viam.ru
С. В. Овсепян, начальник лаборатории
Е. А. Давыдова, ведущий инженер
М. В. Ахмедзянов, инженер 2-й категории

Исследованы структурно-фазовые особенности жаропрочного сплава ВЖ171 на Ni – Co – Cr основе после химико-термической обработки (азотирования), а также азотирования и отжига в вакууме. В процессе химико-термической обработки образуются нитриды, имеющие разную морфологию. Нитриды разветвленной формы имеют ГЦК кристаллическую решетку с периодом решетки, близким к периоду решетки нитрида (Ti, Cr)N. Показано, что в ходе отжига происходит перераспределение титана и хрома в нитридах, что может быть связано со снижением общего содержания азота в сплаве при вакуумном отжиге. Твердый раствор вблизи крупных частиц нитридов обогащен азотом и хромом. В ходе отжига происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением мелкодисперсных частиц хромсодержащих нитридов. С помощью электронно-микроскопических методов изучены процессы взаимодействия частиц нитридов, образующихся в ходе объемного высокотемпературного азотирования, с дислокационными структурами. В образцах, подверженных кратковременным испытаниям, выявлены скопления дислокаций вблизи частиц нитридов. Характер расположения дислокаций подтверждает предположение о торможении движения дислокаций под действием полей напряжений вблизи частиц и характеризует процесс деформационного упрочнения. Дополнительный отжиг перед кратковременными испытаниями при комнатной температуре приводит к формированию равномерной дислокационной структуры в испытанных образцах. Наблюдается появление микродвойников, которым соответствуют дифракционные эффекты в виде тяжей на электронограммах. Плоскость двойникования коррелирует с плоскостями скольжения в ГЦК металлах. Образование нанодисперсных выделений нитридов после отжига и появление микродвойников приводит к повышению удлинения образцов при длительных высокотемпературных испытаниях на 25 % и времени до разрушения на 35 %, а также приводит к дополнительному упрочнению в сплаве ВЖ171 и обеспечивает повышение механических свойств.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ — грант № 11-08-12095.

1. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7–17.
2. Оспенникова О. Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 19–36.
3. Каблов Е. Н. Авиационное материаловедение: итоги и перспективы // Вестник РАН. 2002. Т. 72, № 1. С. 3–12.
4. Летников М. Н., Ломберг Б. С., Овсепян С. В. Исследование композиций системы Ni – Al – Co при разработке нового жаропрочного деформируемого интерметаллидного сплава // Труды ВИАМ. 2013. № 10 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/250.pdf
5. Chollet S. et al. Plasma assisted nitriding of Ni-based superalloys with various microstructures // Surface and Coatings Technology. 2013. Т. 235. С. 318–325.
6. Mindivan F., Mindivan H. Comparisons of wear performance of hardened Inconel 600 by different nitriding processes // Procedia Engineering. 2013. Vol. 68. P. 730–735.
7. Pat. 8075839 US. Cobalt-chromium-iron-nickel alloys amenable to nitride strengthening / Krishna Srivastava S. : Haynes InternationaL, Inc. ; publ. 20.03.2008.
8. Sudha C. et al. Nitriding kinetics of Inconel 600 // Surface and Coatings Technology. 2013. Т. 226. С. 92–99.
9. Овсепян С. В., Лукина Е. А., Филонова Е. В., Мазалов И. С. Формирование упрочняющей фазы в процессе высокотемпературного азотирования свариваемого жаропрочного деформируемого сплава на основе системы Ni – Co – Cr // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 3–8.
10. Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л., Демонис И. М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 36–52.
11. Петрова Л. Г., Чудина О. В. Применение методологии управления структурообразованием для разработки упрочняющих технологий // МиТОМ. 2010. № 5. С. 31–41.
12. Fahrmann M., Srivastava S. K. Nitridation of Haynes^® NS-163^® alloy: thermodynamics and kinetics // JOM. 2012. Vol. 64, No 2. Р. 280–287.
13. Каблов Д. Е., Крапошин В. С., Герасимов С. А. Кристаллографический механизм образования двойников под влиянием азота при выращивании монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 7. С. 37–41.
14. Каблов Е. Н., Бондаренко Ю. А., Каблов Д. Е. Особенности структуры и жаропрочных свойств монокристаллов <001> высокорениевого никелевого жаропрочного сплава, полученного в условиях высокоградиентной направленной кристаллизации // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 4. С. 24–31.
15. Чабина Е. Б., Филонова Е. В., Ломберг Б. С., Бакрадзе М. М. Структура современных деформируемых никелевых сплавов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 6. С. 22–27.
16. Яковлева И. Л., Карькина Л. Е., Кабанова И. Г., Счастливцев В. М., Зубкова Т. А. Электронно-микроскопическое исследование микродвойников аустенита и их влияние на кристаллографические особенности перлитного превращения // Известия РАН. Сер. физическая. 2010. Т. 74. С. 1599–1605.
17. Чабина Е. Б., Алексеев А. А., Филонова Е. В., Лукина Е. А. Применение методов аналитической микроскопии и рентгеноструктурного анализа для исследования структурно-фазового состояния материалов // Труды ВИАМ. 2013. № 5 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/37.pdf
18. Hirsch P., Howie A., Nicholson R., Pashley D., Whelan M. Electron Microscopy Of Thin Crystals. — London : Butterworths, 1965. — 575 p.
19. Kodentsov A. A., Gulpen J. H., Cserhati C., Kivilahti J. K., Van Loo F. J. J. High-temperature nitridation of Ni-Cr alloys // Met. and Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27, No. 1. P. 59–69.