№ 3 (2024)

Исследованы микроструктура и фазовый состав, твердость трех модельных азотсодержащих сталей с 13%Cr, 0,02—0,2%С, 0,10—0,12%N, микролегированных ванадием и ниобием. Стали находились в разных вариантах структурного состояния: после горячей пластической деформа ции (ковка и прокатка) и после закалки горячедеформированного металла от температур 800—1150 °C. Результаты сопоставлены с литературными данными измерений твердости российских и зарубежных сталей системы Fe-13%Cr-С(0,14—0,5%) после закалки от температур в указан ном диапазоне, известными диаграммами Fe-13%Cr-C(0,1 и 0,2%). Сделана оценка размера зерна при нагревах под закалку во взаимосвязи с фактором растворения частиц избыточных фаз при нагревах. В том числе при анализе использованы данные, ранее полученные авторами методом дифференциальной сканирующей калориметрии, о процессах, протекающих в этих сталях при нагреве. Показана роль азота в изученных сталях для расширения высокотемпературной обла сти существования аустенита. Выявлено влияние легирования ванадием и дополнительного (к ванадию) легирования ниобием на интенсивность упрочнения сталей с 13%Cr и сдерживание роста зерна.

Проведено исследование сварных соединений, изготовленных из пластин толщиной 20 мм литой аустенитной Cr-Ni-Mo-N-стали c высоким содержанием азота (~0,6 мас.%), полученных дуговой сваркой с низкой погонной энергией в защитной среде аргона. По разработанной техно логии сварки получены качественные бездефектные сварные соединения. Показана возможность сохранения при сварке по использованной технологии с низкой погонной энергией сварки высо кого (0,58 мас.%) содержания азота в металле сварного шва. Полученные сварные соединения характеризовались аустенитной структурой металла шва с минимальным количеством отдель ных частиц δ-феррита; в металле шва и околошовной зоне отсутствовали цепочки нитридов по границам зерен. Благодаря этому при испытаниях на электрохимическую коррозию в 3,5%-ном растворе NaCl сварные соединения проявили высокую устойчивость к воздействию данной среды и имели плавную зависимость в координатах плотность тока—потенциал.

Эффективность газотурбинных двигателей (ГТД) напрямую связана с повышением температуры рабочего газа и, следовательно, рабочих температур во всех контурах установки. Интенсивное развитие инженерии ГТД требует разработки жаропрочных конструкционных материалов нового поколения, способных превзойти по жаропрочности современные никелевые суперсплавы. В качестве потенциальных кандидатов рассмотрены современные тугоплавкие интерметаллиды, такие как Nb3Al, Mo3Si, Mo3Al, Nb5Si3, Cr2Ta и др. Несмотря на высокую жаростойкость и жаропрочность, данные фазы обладают низкой трещиностойкостью даже при высоких температурах, в свете чего возникает необходимость в создании композитных структур, таких как интерметаллид + твердый раствор. Проведен сравнительный анализ механических свойств и жаростойкости композиционных структур интерметаллид + металлическая матрица. Более подробно рассмотрена система Cr-Cr2Ta, которая обладает высокой жаростойкостью, что дает предпосылки для создания жаропрочных сплавов нового поколения для замены существующих никелевых суперсплавов. Отмечено, что порошковая металлургия представляет собой конкурентоспособную технологию по сравнению с методами литья. В частности, представлены данные о современном состоянии в области металлотермического синтеза тугоплавких интерметаллидов.

Проведено исследование воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и ионов D+ и He+, генерируемых в двух установках Плазменный фокус с энергозапасом Е до ~1 MДж (установка ПФ-1000) и Е ≈ 5 кДж (ПФ «Вихрь»), на листовые образцы из тантала. Определены общие черты и различия в изменении микроструктуры, текстуры и микротвердости их поверхностных слоев после облучения. Выполнено численное моделирование воздействия быстрых ионов D+ и He+ на танталовую мишень в условиях, соответствующих проведенным экспериментам. Расчеты показали, что при облучении в режиме, реализованном на более мощной установке ПФ-1000, за 1 импульс испаряется поверхностный слой ~6 мкм, что превышает глубину проникновения ионов D+ и He+ с энергией 100 кэВ в танталовую мишень (1,1 мкм для D+ и 0,6 мкм для He+). В то же время в более мягком режиме облучения с использованием установки ПФ «Вихрь» толщина испаренного слоя (~0,5 мкм) меньше глубины проникновения ионов. Следствием этого являются более выраженные изменения в микроструктуре после облучения в ПФ «Вихрь»: появление множества кратеров (следов выхода имплантированного газа) и микротрещин, образованию которых способствуют дополнительные напряжения, создаваемые этими газами в тантале, а также термические напряжения, возникающие на стадии охлаждения. Имплантация газовых ионов приводит к увеличению микротвердости поверхностного слоя в образцах, облученных гелием или дейтерием в экспериментах на ПФ «Вихрь», в то время как после облучения дейтерием в установке ПФ-1000 микротвердость или не меняется, или незначительно снижается. В поверхностных слоях облученных образцов формируется текстура, обусловленная направленным теплоотводом при охлаждении и кристаллизации оплавленного слоя. Основной чертой изменений является увеличение интенсивности рефлексов от семейства плоскостей {211}, более выраженное в образцах, облученных в ПФ «Вихрь». Исследовано влияние типа рабочего газа (дейтерия или гелия) на микроструктуру, текстуру и микротвердость поверхностного слоя после облучения образцов тантала в установке ПФ «Вихрь». Заметной разницы в изменениях морфологии поверхности и текстуры при использовании дейтерия или гелия не обнаружено. В то же время микротвердость значительно больше повышается при использовании в качестве рабочего газа гелия, чем при использовании дейтерия.