3. Фазы Лавеса

Интерметаллические соединения состава А2В называют фазами Лавеса. Эти фазы обычно имеют кубическую или гексагональную структуру. Они могут образовываться ком­понентами, расположенными в любом месте периодичес­кой системы.

T°c

900

800

700

ОГ

• Z

О

О

О

О о

О

О

• *

О

• •

Ч 6-

(раза

О

О

• •

О

О

O

OsV

• •

0

1

0

1

0

1

0

1

I T

W

W2 W3

Ig г, ч

Рнс. 34. Изотермическая диаграм­ма образования а-фазы в жаро­прочном сплаве на никелевой ос­нове (Ч. Снмс):

Исследование большого числа фаз Лавеса показало, что основным фактором, определяющим их образование, является соотношение атомных размеров компонентов. He – смотря на главную роль размерного фактора при образо­вании фаз Лавеса, важное значение в их стабильности иг­рает электронная концентрация, которая определяет, ка­кая из возможных структур образуется, а также каковы размеры их областей гомогенности, хотя последние, как правило, незначительны.

Наиболее часто образуются в сталях и сплавах следу­ющие интерметаллические фазы Лавеса: Fe2Al, Zr2Al, Fe2Mo, Co2Ti, Ni2Ta, (Fe, Si)2Mo, Fe2 (Ni, Nb) и др. Их при­сутствие часто сопровождается охрупчиванием при ком­натной температуре, но менее опасно при повышенных температурах.

Более того, во многих теплостойких и жаропрочных сплавах удается использовать фазы Лавеса для упрочне­ния без существенного снижения вязкости и хрупкой проч­ности.

4. Геометрически плотноупакованные фазы

Эти фазы или соединения типа AzB представляют собой выделения упорядоченных г. ц. к. (7′), о. ц. т. (7") и гекса­гональных плотноупакованных т)-фаз из аустенитных мат­риц.

Выделение этих фаз представляет собой одно из наибо­лее благоприятных явлений, так как оно позволяет дости­гать значительного упрочнения, стабильного при высоких температурах без заметного охрупчивания сплавов.

В соединениях типа AzB более электроотрицательные элементы — такие, как Fe, Со, Ni, соответствуют элементу A9 а такие как Al, Ti, Nb,— элементу В. Обычно в никеле­вых жаропрочных сплавах основная упрочняющая 7′-фаза представляет собой соединение на основе NisAl.

В этой фазе могут растворяться в значительных коли­чествах различные легирующие элементы. На рис. 35 представлен разрез тройной системы никеля и алюминия с другими элементами, показывающий степень возможно­го замещения и участия элементов в образовании 7′-фазы. Кобальт замещает никель, титан, ниобий, ванадий, тан­тал — алюминий, а молибден, хром и железо, по-видимо­му, могут замещать как позиции никеля, так и алюминия, что отражается на положении соответствующих фазовых областей.

7′-фаза является упорядоченной, причем дальний поря­док сохраняется почти до температуры плавления (1385°С). Уникальным свойством 7′-фазы является увеличение проч­ности с повышением температуры в широком интервале температур: для нелегированной фазы до 800 °С, а для легированной — еще выше (рис. 36).

Благоприятное влияние AzB фаз на свойства сталей и сплавов связывают с их высокой пластичностью, когерент-

Третий компонент,%tam.) О 200 W 600 800 0C

Рис. 35. Области твердого раствора на основе фазы NisAl при 1100 С для раз­личных легирующих элементов (Р. Де – кер)

Рнс. 36. Влияние температуры испыта­ния на предел текучести <?о,2 Т’-Фа" зы типа Ni3 (Ti, Al) (Торнтон, Дэвис, Джонсои)

Ной связью с основным твердым раствором и высокой ста­бильностью при повышенных температурах.

Многие интерметаллические соединения обладают высокими харак­теристиками прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности, изно­состойкости. В последнее время на их основе разрабатываются мате­риалы для новых отраслей техники.

Таблица 3. Свойства некоторых интерметаллическнх композиций на основе системы Ni—Al в сравнении с жаропрочным литейным сплавом (К. И. Портной, В. И. Богданов, Д. JI. Фукс)

Материал

‘нсп’ 0C

Н,

МП а

CB’

МПа

Б, %

Кси,

МДж/м2

K-IO61

«с-1

Износ, мг/см2

Жаропрочный

20

4100′

1020

3,4

0,1

11,0

16,1

Сплав типа ЖС6

1000

520

2,0

0,1

15,2

14

(900 °С)

1100

260

2,5

0,1

15,9

Интерметаллид

20

4300

356

IJ

0,02

12,8

Ni3Al

Интерметаллид,

20

4100

850

6,0

0,25

12,2

5,0

Легированный Mo,

1000

470

4,5

0,20

15,2

3,7

Cr, W, Та

(900 °С)

1100

320

3,5

0,15

15,6

1200

¦—

180

3,0

0,12

Свойства некоторых интерметаллндов системы Ni—Al и легирован­ных композиций на их основе приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что при температурах выше IOOO0C композиции на основе интерметаллндов обладают более высокими прочностными свойствами, более пластичны и имеют близкий к жаропрочным сплавам коэффициент термического расширения. Интерметаллические материалы имеют более высокую жаростойкость и износостойкость, чем жаропроч­ный сплав ЖС6.

Таким образом, из интерметаллических фаз наиболее благоприятное влияние на упрочнение сплавов оказывают соединения типа Л3В, а также некоторые фазы Лавеса. Выделение а-фазы и ей подобных топологически плотно – упакованных фаз вызывает резкое охрупчивание сплавов.