» » Основные структурные и фазовые эффекты при быстрой закалке
14.01.2016

Структурное и фазовое состояние быстрозакаленных сплавов радикально отличается от равновесного состояния. Наряду с увеличением дисперсности структуры, в быстрозакаленных сплавах установлено повышение химической однородности, расширение границ растворимости твердых растворов, образование метастабильных фаз.
Повышение дисперсности структурно-фазовых составляющих, в том числе зерен, не растворимых в матрице интерметаллидных фаз и фаз внедрения (первичных и входящих в состав эвтектик). приводит к возрастанию уровня механических свойств широкого круга быстрозакаленных сплавов на основе железа, включая инструментальные, легированные стали, а также сплавов на основе никеля и алюминия. Эффект быстрой закалки сталей обусловлен в первую очередь повышением дисперсности упрочняющих фаз.
Основной эффект металлургии быстрозакаленных микрослитков сферической формы — гранул проявляется в значительном уменьшении размеров структурных составляющих, повышении химической однородности.
При кристаллизации высоколегированных сплавов в виде порошков — микрослитков с высокими скоростями охлаждения может быть предотвращено образование таких литейных дефектов, как грубая дендритная, а также местная и зональная ликвация, выделения крупных частиц избыточных фаз, поры, раковины и т.п.
В связи с этим разработка новых быстрозакаленных высоколегированных сплавов, которые не могут быть получены методами традиционной технологии литья и деформации слитков, открывает широкие возможности получения качественного металла с высоким уровнем механических и физико-химических свойств.
Металлургия быстрозакаленных гранул имеет следующие очевидные преимущества:
— формирование высокодисперсного структурно-фазового состояния; повышение уровня структурно-химической однородности высоколегированных сплавов;
— предотвращение образования крупных включений, представляющих острейшую проблему традиционной слиточной технологии.
Уникальные возможности метода высокоскоростной кристаллизации, позволяющие получить равномерное распределение некогерентных частиц дисперсоидов редкоземельных металлов, повысить предел текучести и модуль упругости, выявлены при исследовании быстрозакаленных сплавов на основе титана с редкоземельными элементами, в частности с эрбием и неодимом. Столь же эффективно влияние быстрой закалки расплава на структуру сплавов титана с эвтектоидообразующими элементами, такими, как никель, медь, железо и кремний, за счет подавления выделения хрупких избыточных фаз в быстрозакаленных сплавах. Значительный эффект достигается в сплавах с карбидами и боридами.
На опытно-промышленных алюминиевых и никелевых сплавах, а также на магниевых сплавах установлено, что высокоскоростное охлаждение расплава не только оказывает влияние на дисперсность структурных составляющих, но и приводит к другим существенным изменениям в структуре, таким, как аномально высокое пересыщение твердого раствора, образование новых метастабильных фаз. В той или иной степени указанные особенности структуры быстрозакаленных сплавов проявляются в их свойствах, что может быть использовано при разработке новых материалов.
При получении быстрозакаленных микрокристаллических сплавов основными особенностями метастабильных структур являются новые кристаллические промежуточные фазы.
Микрокристаллические сплавы отличаются микрозернистой структурой, с размером зерен от 0,01 до 10 мкм в зависимости от скорости охлаждения и системы легирования.
При термической обработке быстрозакаленных сплавов с исходной микрокристаллической структурой протекают процессы распада пересыщенных твердых растворов и превращения метастабильных фаз в композиции стабильных фаз.
Метастабильные кристаллические фазы представляют собой новые промежуточные фазы, не существующие на диаграммах равновесного состояния, аномально пересыщенные твердые растворы, в которых концентрация легирующих элементов значительно превышает максимальные равновесные концентрации.
Возможность формирования аморфной структуры при быстрой закалке ограничена концентрационными пределами, при превышении которых получаются микрокристаллические сплавы. Существует некоторый набор критериев, определяющих возможность получения аморфных сплавов.
Легкие сплавы при высоких скоростях охлаждения расплава 105—107 К/с характеризуются проявлением эффекта быстрой закалки расплава в виде формирования аномальных растворов и метастабильных фаз.
Метод осаждения из газовой фазы обеспечивает возможность получения аморфных и нанокристаллических сплавов, в частности на основе алюминия.
Аморфные сплавы могут использоваться как прекурсоры для формирования при термообработке микрокристаллических структур с высокой дисперсностью избыточных фаз.
Быстрозакаленные сплавы с кристаллической структурой в целом составляют более обширную группу сплавов, чем аморфные сплавы.