3.4 Модифікування РЗМ

Атомні розміри РЗМ > сі розчинника (~ 20%), елементи є хімічно активними, взаємодіють з киснем, сіркою.

Основні фактори впливу РЗМ на структуру:

- металургійній фактор ( взаємодія з О, 8 очищають метал);

- атоми РЗМ взаємодіють з дефектами, з межами зерен, зміню­ють енергію, та впливають на структуру.

При вивчені впливу РЗМ (N1, Рг, Се, Ьа) на властивості № та Бе (чисті метали 99,9999%) встановлено, що РЗМ розміщуються на дис­локаціях, межах зерен, утворюють надлишкові фази (№5Се). Введення РЗМ підвищує температурній поріг рекристалізації (Тп.р.).

Швидкість міграції меж зерен (Ум) при збиральній рекристаліза­ції також залежить від РЗМ

Ум = /(Єрзм)   Скр -5-10 ат. часток

де Ум = Г [к1, амеж і сила, що пов'язана з к2, ог\; (7меж - енергія меж зерен; ог - гальмуюча сила (/ = С(РЗМ)).

При Скр виконуються умови: Сд = 1 - заповнюються вільні місця на дислокаціях; Смеж = 1 - заповнені межі зерен.

Якщо зразок помістити в вакуум, випаровування елементу з по­верхні залежить від зерномежової енергії, вимірюючи кут в, визнача­ють енергію.

Великі за розміром атоми РЗМ при утворенні твердих розчинів значно збільшують енергію, при цьому це збільшення перевищує ту різницю енергії, що виникає у випадку розміщення атомів на межі зе­рен. Хоча це утворення сегрегацій РЗМ на межах зерен викликає певне зростання рівня зерномежової енергії, таке розміщення є більш термо­динамічно вигідним, порівняно із твердим розчином.

У випадку, Сд = 1, Смеж = 1(Скрит) (загальмовані межі та дисло­кації) проходить псевдокрихке руйнування, міцність зменшується. Якщо Срзм > Скрит утворюються інтерметаліди. Переважна більшість атомів в цьому випадку знаходиться в інтерметалідах, зерномежова концентрація РЗМ зменшується, що супроводжується зменшенням ЗМ енергії. З цієї ж причини знижується ймовірність псевдокрихкого руй­нування, утворення інтерметалідів є зміцнюючим фактором, що спри­яє підвищенню границі міцності (<тв).

Особливість впливу РЗМ на формування структури при рекрис­талізації. Для чистого нікелю (№) та нікелю, легованого Скр РЗМ-(№+РЗМ) проводилася холодна деформація із ступенем деформації 60-70% (1) з подальшим рекристалізаційним відпалюванням (2).

Для чистого N1 після (1) - текстура прокатки;

(2) - текстура рекристалізації.

Для N1 + РЗМ після (1) - текстура прокатки;

(2) - текстура відсутня, ізотропні властивості.

При мікролегуванні нікелю розміщення атомів РЗМ на межах зерен не є статистично рівномірним, атоми виділяються на межах з пе­вною КГ орієнтацією (з певним енергетичним рівнем). Таке вибіркове розташування приводить до зміни енергії та до ізотропного росту за­родків рекристалізації, тому текстура рекристалізації не утворюється.

Вплив РЗМ на форму виділень вторинних фаз. В присутності на межах "матриця-матриця"("М-М") або "матриця-надлишкова фа-за"("М-Ф"), енергія меж "М-М" перевищує рівень енергії меж "М-Ф". Через існування певної КГ відповідності між частинками фази та мат­рицею, енергія міжфазних меж буде завжди менше ніж енергія меж зерен матриці. Тому атоми РЗМ будуть, насамперед, утворювати сег­регації на границі „М-М" (з більшим рівнем енергії), рис.3.8.

РЗМ

» ® с—?Ь—

м        ^--гу о^Г

частинка /

Рисунок 3.8 - Вплив РЗМ на форму частинок надлишкових фаз Зменшення (7м-м, зумовлює зменшення (7м-ф, форма частинки змі-

нюється

-— - — еоз —

-— —сил —

°м-м      2 2

Форма частинки надлишкової фази на межі зерна визначається співвідношенням ом.м/ом.ф. Будь-яка точка на поверхні надлишкової фази знаходиться у стані рівноваги. Атоми РЗМ, розміщуючись на межі М-М, зменшують енергію, це викликає зменшення результуючої (7м_м при збільшенні кута <р, тобто частинка за формою наближається до сфери. Саме тому введення атомів РЗМ сприяє сфероїдизації гра­ничної сітки надлишкових фаз (найчастіше - карбідів, для нікелевих сплавів).

Вплив РЗМ на властивості сплавів. У випадку жароміцних ніке­левих сплавів ЖС 3ЛС, ЖС 6К, ЗМИ-ЗУ, ЧС-7ОВИ оптимальний рі­вень РЗМ складає 0,05-0,06% (рис.3.9).

%РЗМ

0,05-0,06% РЗМ

КСи - ударна в'язкість; Твт - термічна втома;

<7^00 - тривала міцність

Рисунок 3.9 - Залежність властивостей жароміцних нікелевих сплавів від вмісту РЗМ