The paper presents investigations of the phase composition and the fine structure of manganese non-alloyed and Cr- and V-alloyed steels using methods of X-ray diffraction analysis, optical metallography, and transmission electron microscopy. Manganese steel is divided into two groups. The first group includes steels with carbon content of 1–1.2 wt.%. The second group consists of 0.4–0.5 wt.% carbon content. Mn concentration in each group ranges between 6–18 wt.%. It is shown that depending on Mn and C concentration, a matrix of Fe-Mn-C steels is either γ-Fe-based solid solution (austenite) or α-Fe-based solid solution (α-martensite) as well as ε-martensite formed after quenching during γ → α transformation. With all selected C and Mn concentrations, the introduction of Cr and C alloying elements does not change the phase composition of a matrix, but rather extends γ-area of phase diagram and reduces the volume fractions of both α- and ε-martensite. The faulted structure is represented by the dislocation structure and mechanical (deformation) microtwins. The distinctions of the dislocation structure are closely connected with stacking fault energy. It is shown that lowering stacking fault energy makes γ- and ε-phases more stable than α-phase. The dissapearance of α-phase is connected with the formation of ε-phase. The investigations show that Cr and C alloying, first, shifts ε-phase to the lower Mn concentration and, second, slightly increases the amount of α-phase.

Свойства жаропрочных никелевых сплавов для современного машиностроения определяются термической стабильностью структуры, размерами, формой и количеством упрочняющей γ′-фазы, прочностными характеристиками γ-твердого раствора. Такие сплавы упрочняют путем легирования рением и лантаном. Целью работы являлись качественные и количественные исследования структуры и фазового состава никелевого жаропрочного сплава, дополнительно легированного рением (0,4 % ат.) и лантаном (0,006 % ат.). Исследования проводили двумя методами: просвечивающей дифракционной электронной микроскопии и растровой электронной микроскопии. Исследование структуры сплава проводили в трех состояниях: образец 1 – исходное состояние (после направленной кристаллизации (НК)); образец 2 – НК, отжиг при температуре 1150 °С в течение 1 ч, отжиг при температуре 1100 °С в течение 480 ч; образец 3 – НК, отжиг при температуре 1150 °С в течение 1 ч, отжиг при температуре 1100 °С в течение 1430 ч. Исследования показали, что наблюдаемые в супер-сплаве фазы можно классифицировать на основные и вторичные. Основными фазами являются γ′ и γ. Они формируют структуру сплава и присутствуют в виде квазикубоидов γ′-фазы, разделенных прослойками γ-фазы. Остальные фазы являются вторичными. Выявлено, что легирование рением и лантаном приводит к появлению вторичных фаз, а именно: β-NiAl, AlRe, NiAl₂ Re; σ; χ; Ni₃La₂ . Образование вторичных фаз вносит серьезное нарушение в структуру квазикубоидов (γ + γ′)-фаз. Рений и лантан не заполняют однородно весь объем сплава, а присутствуют лишь в локальных участках. Поэтому во всех трех состояниях сплава нарушенной оказалась лишь часть объема квазикубоидов (γ + γ′)-фаз. Изучена морфология вторичных фаз. Обнаружено, что частицы σ-фазы – это тонкие иглы, в то время как частицы Ni₃La₂ имеют внутреннюю структуру с характерным контрастом и имеют конечную толщину. Интересной особенностью является то, что σ-фаза и фаза Ni₃La₂ выделяются в одних и тех же местах. Установлено, что введение лантана и рения изменяет фазовый состав сплава, подавляя образование γ-фазы. Частицы вторичных фаз локализованы в отдельных участках сплава с определенной периодичностью. Образующиеся вторичные фазы являются тугоплавкими: температура плавления β-фазы составляет приблизительно 1600 °C, σ-фазы – 2600 °C, χ-фазы – 2800 °C. Образование вторичных тугоплавких фаз и их периодическое распределение в структуре способствует упрочнению суперсплава, легированного рением и лантаном.