АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НОВЫХ СПЛАВОВ Inconel 52 И Inconel 52MSS В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 77-1200 К

Ю.А. Семеренко1, А.В. Мозговой2, Л.В. Скибина1, К.А. Ющенко3, Звягинцева А.В.3

1ФТИНТ им. Б.И. Веркина НАНУ, г. Харьков, Украина, e-mail: semerenko@ilt.kharkov.ua

2Винницкий государственный педагогический университет им. М. Коцюбинского

3Институт электросварки им. Е.О. Патона НАНУ, г. Киев, Украина

 

Сплавы Inconel 52 (In52) и Inconel 52MSS (In52MSS) на основе системы NiCrFe используется в качестве сварочных материалов для сварки изделий из Inconel 690 (In690), а также разнородных соединений из сплавов семейства Inconel и Incoloy с углеродистыми, низколегированными и нержавеющими сталями [1]. Эти материалы позволяют получить высокопрочные соединения устойчивые к радиационной и химической коррозии.

В широкой области температур 77-1200 К нами впервые изучены температурные зависимости логарифмического декремента колебаний  и динамического модуля Юнга  сплавов In52 и In52MSS. Измерения выполнены в амплитудно-независимой области деформации двумя различными методами механической спектроскопии в двух взаимноперекрывающихся диапазонах температур: 1. в области температур 77-390 К методом вынужденных резонансных изгибных колебаний консольно закрепленного образца [2, 3] на частоте 400 Гц; 2. в области температур 293-1200 К методом свободных колебаний обратного крутильного маятника [2, 4] на частоте 0.4 Гц.

Образцы были получены автоматической аргонодуговой многопроходной наплавкой исследуемого сплава на подложку из In690. Из полученных массивных слитков электроискровой резкой с последующей механической шлифовкой и полировкой вырезались образцы для исследований (тонкие пластины размером 20х3х0.2 мм для метода изгибных колебаний и прямоугольные стержни размером 65х3х3 мм для метода крутильных колебаний). Химический состав изученных сплавов приведен в таблице.

 

Сплав

Содержание элементов, wt. %

C

Mn

Ni

Cr

Fe

Nb

Mo

S

P

Ti

Al

Si

Сu

Mo-Nb

In52

0.026

0.24

58.82

28.91

10.53

0.03

0.04

<0.001

<0.004

0.55

0.66

0.15

0.02

0.07

In52MSS

0.023

0.31

осн.

29.49

8.49

2.51

3.51

0.0005

0.004

0.18

0.13

0.11

0.05

6.10

 

В образцах сплава In52MSS наблюдается химическая неоднородность по Nb и Mo. Области на границах зерен обогащены Nb и Mo с выделением карбида Nb. Плотность дислокаций в объеме зерна в сплаве In52 ~ 4·1010 см-2, а в In52MSS ~ 5·108 см-2 [5]. При этом в In52 наблюдается существенное увеличение плотности дислокаций при переходе от объема зерна к границе (~ 2·1011 см-2), что приводит к резкому градиенту локальных внутренних напряжений. В то же время в In52MSS распределение локальных внутренних напряжений однородное, что может быть объяснено перераспределением внутренних напряжений вдоль межзеренных границ в процессе диффузии дефектов к границам зерен (блоков) [6].

Результаты акустических измерений приведены на рис. 1. Следует отметить, что результаты измерений, полученные двумя различными методами, хорошо согласуются в перекрывающейся области температур. Установлено, что при повышении температуры динамический модуль Юнга образцов монотонно понижается, а поглощение  возрастает. При этом Е в In52MSS на 20% больше чем в In52 во всем интервале температур, что в соответствии с [7] может быть объяснено повышенной плотностью дислокаций в сплаве In52. Общий ход температурной зависимости  удовлетворительно описывается в предположении аддитивного вклада фононной и электронной составляющих [8] (сплошные линии на рис.1a).

При температуре ~ 170 К в образцах сплавов In52 и In52MSS на зависимости  наблюдается пик поглощения P1, кроме того в сплаве In52MSS при температуре ~ 280 К наблюдается пик поглощения P2 (см. рис. 1c). Этим пикам отвечают характерные перегибы на зависимостях . Природа этих особенностей в настоящее время обсуждается.

Отсутствие на полученных температурных зависимостях акустических свойств особенностей, характерных для структурно-фазовых превращений, свидетельствует о стабильности структуры изученных сплавов в исследованном интервале температур.

Установлено, что поведение высокотемпературного фона поглощения согласуется с температурным интервалом провала пластичности 800-1200К, в котором значения относительного удлинения имеют пониженные величины [5], а также хорошо описывается в рамках предположения о термоактивируемом освобождении дислокационных линий с перегибами от точек закрепления [9-11] (сплошные линии на рис. 1b). В рамках этой теории предполагается, что поведение высокотемпературного фона поглощения  может быть описано формулой , где  имеет смысл энергии активации отрыва дислокаций от точек закрепления, а предэкспоненциальный фактор  пропорционален эффективной длине дислокационных сегментов. Экспериментально установлено, что  эВ для In52 и  эВ для In52MSS. Наличие более эффективных стопоров тормозящих дислокационную подвижность создает предпосылки для более равномерного распределения дислокаций, обуславливает отсутствие резких градиентов локальных напряжений, что в свою очередь обеспечивает более высокие показатели жаропрочности и горячей трещиностойкости сплава In52MSS.

Показано, что акустические характеристики сплавов различных систем легирования позволяют устанавливать отличия в склонности к образованию горячих трещин в интервале температур 77-1200 К.

 

1.      R. Zhang, S.D. Kiser, B.A. Baker, A new NiCrFe welding product – Inconel 52MSS provides optimum resistance to PWSCC and DDC, www.specialmetalswelding.com

2.      А. Новик, Б. Берри, Релаксационные явления в кристаллах, М.: Атомиздат, 1975, 472 с.

3.      H. M. Simpson, A. Sosin, Rev. Sci. Instrum. 48, №11, 1392 (1977).

4.      Блантер М.C., Головин И.С., Головин C.А., Ильин А.А., Cаррак В.И., Механическая спектроскопия металлических материалов, M.: МИА, 1994, 256 с.

5.      Ющенко К.А., Савченко В.С., Звягинцева А.В., Червяков Н.О., Волосатов И.Р., Семеренко Ю.А., Скибина Л.В., Физико-механические характеристики швов типа IN690 в высокотемпературном интервале провала пластичности // Материалы 55-й международной конференции "Актуальные проблемы прочности". Харьков, 2014. С.189.

6.      Лифшиц И.М., ЖЭТФ 44, 1349 (1963).

7.      Granato A., Lücke K., J. Appl. Phys, 27, 583 (1956).

8.      Г. Лейбфрид, Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов, M.: Физматгиз, 1963, 241 с.

9.      Mason W.P., Phys. Rev. 98, 1136 (1955).

10.  Д. Ниблетт, Дж. Уилкс, УФН LXXX, 125 (1963).

11.  Шаповал Б.И., Аржавитин В.М., Механизмы высокотемпературного фона внутреннего трения металлов, M.: ЦНИИатоминформ, 1988, 49 с.