Фазы никелевых сплавов

Если честно, до сих пор встречаю коллег, которые путают выделение γ' с образованием топологических плотноупакованных фаз — а ведь разница в термообработке тут принципиальная. На примере сплава ЭИ437Б могу сказать: когда в 80-х начали массово переходить на вакуумно-дуговой переплав, именно контроль фазового состава стал камнем преткновения.

γ'-фаза: нестареющая классика

Вот смотрю на микроструктуру сплава ЖС6У — эти кубические выделения Ni3(Al,Ti) размером 0.2-0.3 мкм. Интересно, что китайские коллеги из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' в последние годы научились стабилизировать γ' даже в сплавах с повышенным содержанием железа, хотя традиционно считалось, что Fe провоцирует распад.

Помню, как в 2015 году пришлось переделывать партию лент из чистого никеля — заказчик требовал устойчивость к 900°C, но при отжиге не учли скорость охлаждения. Получили неравномерное выделение γ' по границам зёрен, что привело к трещинам при горячей штамповке.

Сейчас на их сайте https://www.lianxin-metal.ru вижу, что для никелевых сплавов они используют ступенчатый отжиг с контролем парциального давления кислорода — правильный подход, особенно для тонких лент.

Карбидные фазы: от М23С6 до MC

В жаропрочных сплавах типа ЭИ617 карбиды — это палка о двух концах. Мелкие дисперсные М23С6 по границам — хорошо, но если переборщить с углеродом выше 0.12%, получаем хрупкие цепочки карбидов хрома.

На практике часто сталкиваюсь с тем, что при сварке никелевых сплавов с титановыми перемычками (как раз из ассортимента Ляньсинь) карбидная фаза перераспределяется — теряем прочность в зоне термического влияния. Приходится добавлять легирование азотом, но это уже риск образования нитридов.

Кстати, в их ассортименте медно-никель-кремниевые сплавы — там карбиды практически не образуются, зато есть свои нюансы с силицидами никеля.

Топологические плотноупакованные фазы

Сигма-фаза — настоящий бич долговременной эксплуатации. В сплаве ЭП199 за 15 000 часов при 750°C наблюдал образование σ-phase до 8% по объёму — полностью убивает пластичность. Причём интересно: в сплавах с вольфрамом она появляется раньше, чем в молибденовых.

На производстве иногда специально допускаем 0.5-1% σ-phase в рекуператорах — для жёсткости, но это требует ювелирного контроля температуры.

Ляньсинь в своих техкартах на титановые сплавы правильно акцентируют контроль фазового состава после штамповки — для никеля это ещё критичнее.

Влияние технологии обработки

При производстве бериллиевой бронзы (кстати, у них в ассортименте есть) всегда следим, чтобы не перенести режимы на никелевые сплавы — там совершенно иная кинетика выделения фаз.

Вакуумная плавка против электрошлакового переплава: для ответственных деталей сейчас чаще идём по пути ВДП, хотя ЭШП даёт лучшее удаление сульфидов. Но для фазового состава важнее контроль скорости кристаллизации.

На их оборудовании для обработки металлических профилей нестандартной формы видел интересное решение — индукционный нагрев с локальным охлаждением, что позволяет управлять распределением фаз в зонах концентраторов напряжений.

Практические кейсы и ошибки

В 2018 году пытались адаптировать китайские регламенты для сплава ХН35ВТЮ — вышло боком. Их термообработка давала прекрасную прочность, но наши эксплуатационные нагрузки выявили ускоренное образование μ-фазы. Пришлось корректировать режимы отжига.

Сейчас при заказе никелевых лент через https://www.lianxin-metal.ru всегда уточняем не только химсостав, но и историю термообработки заготовки — фазовый состав очень зависит от предыдущих переделов.

Для алюминиевых сплавов из их каталога фазовые превращения проще, но при комбинировании с никелевыми прослойками (как в медно-алюминиевых композитах) возникает межфазная диффузия — образуются хрупкие интерметаллиды.

Перспективные направления

Смотрю на их работы по поверхностным покрытиям — для никелевых сплавов это может решить проблему окисления без изменения фазового состава основы. Но пока не видел устойчивых решений для температур выше 1000°C.

Интересно их направление медных сплавов с никелем — там фазовые превращения хоть и проще, но именно комбинация Cu-Ni-Si даёт интересные эффекты дисперсионного упрочнения.

Для титановых сплавов (которые они тоже производят) фазовые превращения вообще отдельная песня — там от соотношения α/β-фаз зависит всё, но это уже тема для другого разговора.