Получение порошков дисперсноупрочненных жаропрочных сплавов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Получение порошков дисперсноупрочненных жаропрочных сплавов

28.01.2020

В 1974 году Гессингер и Бомфор опубликовали обзор методов получения порошков дисперсноупрочненных жаропрочных сплавов. В этой работе были рассмотрены три группы методов 1) методы селективного восстановления; 2) внутреннее окисление легированных порошков; 3) механическое легирование.

Селективное восстановление послужило основой для создания порошков сплавов Ni—ТhО2(TD-никель, DS-никель), а также их производных, содержащих Cr, Mo и W. Недостатки селективного восстановления как способа получения порошков дисперсноупрочненных сплавов на основе Ni и Co состоят в следующем:

1. Из-за склонности к загрязнению, обусловленной чрезвычайно малым размером частиц, порошки должны обрабатываться в инертной среде, что существенно удорожает технологию.

2. Введение в сплав таких легирующих элементов, как Al, Ti и Nb, затруднено из-за высокой стабильности их оксидов, которые в условиях промышленного осуществления процесса восстановить не удается.

Ряд лабораторных исследований посвящен получению порошков дисперсноупрочненных сплавов методом внутреннего или частичного окисления. Аллен изучал различные методы получения дисперсноупрочненных сплавов Fe—Cr—Al—Y. Наиболее успешным оказался способ предварительного частичного окисления порошка сплава, приводящего к образованию пленки Аl2О3 на поверхности частиц, и последующего компактирования порошка путем экструзии. Другой метод включает мокрый размол порошка сплава в аттриторе. Шиллинг показал, что при такой технологии первоначально сферические частицы порошка приобретают чешуйчатую форму, и окисление происходит преимущественно на поверхности частиц. При этом образуются оксиды типа 3Y2O3*5Аl2О3, т. е. образование оксида хрома удается предотвратить. Аналогичные результаты получены на сплаве IN738+Y2O3. Недостаток технологии состоит в том, что она не обеспечивает равномерного распределения оксидов в объеме частиц порошка.

Наиболее важным достижением в области производства порошков дисперсноупрочненных сплавов стало, несомненно, изобретение процесса механического легирования. Механическое легирование осуществляют в высокоскоростных мельницах шарового типа, обладающих большой энергонапряженностью, наиболее часто — в аттриторных мельницах Шегвари. В то время как мокрый размол порошковых смесей давно применяется на практике, важная особенность механического легирования состоит в том, что его проводят в газовой среде. Хьют и Macco применили сухой размол, хотя они и не отдавали себе отчета в его преимуществах по сравнению с ранее известными технологиями. Поиск более совершенных оболочечных материалов для реакторов на быстрых нейтронах привел к созданию дисперсноупрочненных ферритовых нержавеющих сталей (Fe13Cr1,5Mo2Ti + ТiO2). При получении этих сплавов смесь порошков Fe, Cr, Mo и Ti подвергалась обработке на воздухе в шаровой мельнице, в результате чего образовывался порошок сплава, содержащий большую объемную долю ТiO2 в виде относительно грубых частиц. Вскоре процесс был усовершенствован Бенджамином, который осознал возможность использования сухих, предпочтительно инертных, сред при обработке в аттриторе для получения высококачественных дисперсноупрочненных материалов. Механизм процесса состоит в многократном образовании и разрушении конгломератов порошковых частиц под воздействием больших сжимающих ударных сил. По крайней мере один из исходных порошков должен быть достаточно пластичным, чтобы служить связкой. Другими компонентами смеси могут быть пластичные и хрупкие металлы, интерметаллические соединения, неметаллы (например, С) и такие твердые соединения, как оксиды. Химически активные элементы, подобные Al и Ti, могут вводиться в виде порошка лигатурного сплава (например, сплавы Ni—Al—Ti). При этом, согласно закону Рауля, их химическая активность может быть снижена на несколько порядков, и опасность загрязнения порошка резко уменьшается. Качество порошка с точки зрения однородности распределения легирующих элементов зависит от времени размола. Степень измельчения структуры изменяется со временем обработки примерно по логарифмическому закону.
Получение порошков дисперсноупрочненных жаропрочных сплавов

Эта закономерность подтверждается рис. 7.14, на котором показана зависимость среднего расстояния между деформированными частицами в порошковом конгломерате от времени обработки для модельного сплава, % (объемн.): 50 Fe—50 Cr. Другая характерная особенность процесса механического легирования — быстрый рост микротвердости составных частиц с увеличением времени размола до тех пор, пока не будет достигнуто некоторое предельное ее значение (рис. 7.15).

На рис. 7.16 показано схематически и на микрофотографиях постепенное формирование однородной микроструктуры порошковых частиц. Поскольку измельчение при механическом легировании происходит быстро, размер частиц исходных порошков не имеет большого значения, т. е. механическое легирование не создает тех проблем, которые возникали при ранее применявшихся технологиях.

В литературе нет сообщений об исследованиях механически легированных порошков с помощью ПЭМ. Весьма вероятно, что, помимо мелкодисперсных оксидов, в таких порошках присутствуют микроструктуры, характерные для порошков ускоренной кристаллизации, т. е. пересыщенные твердые растворы и микрокристаллические фазы.

Представляет интерес выполненное Крамером исследование влияния термической обработки на микротвердость механически легированного порошка сплава IN738 с добавками Y2O3. Высокий уровень микротвердости, достигаемый при размоле, может быть еще увеличен, по-видимому, за счет дисперсионного твердения, либо уменьшен за счет процессов возврата (рис. 7.17).

Выбор правильного сочетания технологических параметров, определяющих условия размола (размер шаров, коэффициент заполнения объема аттритора, количество загружаемого порошка, атмосфера и т. п.) достигается в результате длительного поиска. Информация по этому вопросу в значительной мере носит предварительный характер. Как видно из рис. 7.18, в мельницах разных типов процессы механического легирования протекают с разными скоростями.

В то время как в первоначальных исследованиях по разработке механически легированных сплавов применялись аттриторы, способные единовременно обрабатывать 50 кг порошка, фирма «Huntington Alloys», США, ввела в действие специальные крупногабаритные шаровые мельницы, которые могут перерабатывать до 2 т порошка, что представляет собой важный шаг на пути к превращению механического легирования в одну из ведущих технологий получения порошков сплавов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: