В центре шайбы из ниобиевого сплава ВН-2АЭ диаметром 25 мм и толщиной 2 мм помещали навески из стали в виде дисков различного диаметра при толщине 2 мм. Образцы загружали в вакуумную печь и после нагрева до температуры 1703 К выдерживали в течение различного времени. Металлографические исследования показали, что через 2 мин выдержки при указанной температуре на границе контакта стали с ниобием появляются прослойки интерметаллических соединений. На рис. 50, б показана диаграмма распределения ниобия в стали по вертикальному сечению центральной части капли, судя по которой, интерметаллическая прослойка имеет толщину порядка 2—3 мкм. На глубину 500—600 мкм простирается область эвтектической концентрации ниобия в стали, за которой находится область твердого раствора ниобия в стали.

Увеличение выдержки до 2,5 мин при температуре взаимодействия 1703 К приводит к расширению области эвтектического содержания и выделению в участке ее, граничащем с зоной контакта, интерметаллических соединений в виде иглообразных столбчатых дендритов, ориентированных перпендикулярно к поверхности взаимодействия.

При более высоких температурах взаимодействия (до 1973 К) образуется слой интерметаллических соединений с высокой сплошностью.

Металлографическими исследованиями краевого участка капли после взаимодействия с ниобием при 1703 К и времени выдержки 10 с установлено наличие сплошной области эвтектической концентрации ниобия по периферии капли и тонкой интерметаллической прослойки в этом участке. Интерметаллическая прослойка центральной части капли отсутствует, а область с эвтектической концентрацией ниобия в стали в центральной части имеет толщину 20—30 мкм. Полученный результат позволяет сделать очень важный вывод о том, что толщина интерметаллической прослойки и глубина зоны с эвтектической концентрацией ниобия зависит не только от температуры и времени взаимодействия, но и от объема жидкой стали, участвующей во взаимодействии.

Приведенные результаты исследований и анализ диаграмм состояния ниобия с компонентами коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т позволяют представить механизм взаимодействия ниобия с жидкой сталью в следующем виде. С компонентами стали 12Х18Н10Т ниобий образует диаграммы с ограниченной растворимостью и большим количеством интерметаллических соединений [298]. Исходя из этой диаграммы взаимодействие жидкой стали с ниобием можно представить следующим образом. При температуре 7\ в момент контакта жидкой стали с ниобием на его поверхности образуется тонкий слой интерметаллических соединений. Поскольку в контакте с возникшим интерметаллическим слоем в этот момент находится расплав стали, не содержащий ниобия, возникшие интерметаллические соединения должны в нем растворяться, а в связи с продолжающейся диффузией атомов ниобия через слой растворяющихся интерметаллических соединений они должны вновь образовываться.

Таким образом, все время происходят процессы образования и растворения интерметаллических соединений. В результате этих процессов концентрация ниобия в пограничном слое жидкости со временем воз-

растает. При установившемся процессе в каждый отдельный момент времени толщина слоя интерметаллических соединений на поверхности ниобия и его сплошность определяются соотношением скоростей диффузии ниобия через слой интерметаллических соединений в жидкость и диффузии ниобия в жидкости. По мере увеличения концентрации ниобия в жидкости, находящейся с ним в контакте, скорость диффузии ниобия в жидкости и скорость растворения интерметаллических соединений в жидкости должны уменьшаться, а толщина интерметаллической прослойки на границе взаимодействия должна возрастать. По истечении некоторого времени на границе с интерметаллической прослойкой должен появиться слой жидкости эвтектической концентрации, который впоследствии при достаточном времени взаимодействия достигает предельной концентрации сх. После достижения предельной концентрации ниобия в жидкой стали при температуре взаимодействия начинаются рост и уплотнение интерметаллической прослойки на границе контакта.

В условиях взаимодействия, когда отсутствует перемешивание жидкости, а ее объем и время контакта с ниобием достаточно велики, должно установиться предельное состояние, при котором на границе контакта ниобий — сталь после охлаждения должна фиксироваться прослойка интерметаллических соединений, затем — область металла заэвтектической концентрации с выделением кристаллов интерметаллических соединений, далее — область эвтектической концентрации, затем — область эвтектики с выделением кристаллов твердого раствора убывающей концентрации. Подтверждением этой принятой схемы взаимодействия могут служить данные распределения ниобия в стали, полученные на приборе МАР-1.

Таким образом, процесс взаимодействия ниобия со сталью — управляемый. Для сокращения толщины интерметаллической прослойки на границе контакта ниобий — сталь при неподвижной жидкости необходимо ограничить время взаимодействия ниобия со сталью, уменьшить температуру взаимодействия и увеличить объем жидкости, участвующей во взаимодействии.

Изучение особенностей взаимодействия ниобия со сталью в условиях изотермического процесса и наличие движения жидкого металла проводили на специальной установке. В высокотемпературной вакуумной печи в тигле расплавляли сталь, в которую затем на глубину 2 мм погружали образец из ниобия, представляющий собой гребенку плоских капилляров. Жидкая сталь под действием капиллярного давления поднималась по плоским капиллярам с разным расстоянием между стенками. После выдержки гребенки в контакте со сталью печь охлаждалась. Из гребенки изготавливали продольный шлиф, на котором изучали распределение ниобия в стали после кристаллизации.

Металлографические исследования позволили установить, что при температуре взаимодействия 1703 К и выдержке при этой температуре в течение Зев капиллярных зазорах большой величины (0,6—1,8 мм) прослойка интерметаллических соединений не наблюдается. Зона металла с эвтектической концентрацией ниобия в стали располагается по границе взаимодействия на глубину 20—500 мкм и в верхней части