ЖАРОПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С СОТОВОЙ СТРУКТУРОЙ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni₃Al

Методом порошковой металлургии получены материалы в виде однофазного сплава на основе Ni₃Al и в виде композиционного материала (Ni₃Al + W) с сотовой структурой на его основе. Структурной единицей композиционного материала являлась гранула (зерно) округлой формы средним размером 25 мкм из никелевого сплава, на которую методом химического газофазного осаждения было нанесено сплошное вольфрамовое покрытие толщиной ~0,4 мкм. Испытаниями на сжатие при комнатной температуре показано, что предел текучести композиционного материала (Ni₃Al + W) с сотовой структурой при температурах 20 – 1000 °С выше, чем однофазного сплава на основе Ni₃Al (до 1,7 раз), но при более высокой температуре испытания предел текучести композиционного материала сравнивается с пределом текучести никелевого сплава. Так же ведет себя и удельный (нормированный на плотность 7,8 г/см³ для сплава и 9,5 г/см³ для композита) предел текучести. При температуре 1300 °С однофазный сплав на основе Ni₃Al обнаруживает твердо-жидкое поведение при сжатии. Проведены испытания на ползучесть при сжатии в вакууме при температурах 1000 – 1200 °С. С применением парного и параметрического методов математического анализа процессов ползучести по Холломону получены регрессионные уравнения связи скорости ползучести, напряжения и температуры испытания. Рассчитаны пределы ползучести по заданным допускам на скорость установившейся ползучести и обратные им величины. Показано, что при всех температурах испытания композиционный материал обладает меньшей скоростью ползучести (до 7 раз) и более высокими пределами ползучести (до 2,5 раз), чем никелевый сплав, на основе которого он сконструирован. Определены энергии активации ползучести исследованных материалов при использовании экспоненциального закона связи экспериментальных величин. Найденная энергия активации ползучести для никелевого сплава близка к значениям энергии активации самодиффузии никеля в Ni₃Al и материалах на основе (230 ÷ 310 кДж/моль), а для композита – к энергии активации самодиффузии вольфрама (503 кДЖ/моль).

1. Беломытцев М.Ю., Штремель М.А., Медведев В.В. и др. Структура и свойства композиционных материалов с сотовой структурой на основе интерметаллида NiAl // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 1.С. 40 – 44.

2. Kimura Y., Pope D.P. Ductility and toughness in intermetallics // Intermetallics. 1998. Vol. 6. No. 6. P. 567– 571.

3. БеломытцевМ.Ю., Моляров А.В., Арсенкин А.М. Трещиностойкость композитов системы NiAl – W(W + Mo) с сотовой структурой // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 9. С. 41 – 44.

4. Беломытцев М.Ю., Козлов Д.А., Еремин А.В. Воздействие внешней среды и температуры на структуру, фазовый состав и механические свойства интерметаллида NiAl и материалов на его основе. Сообщение 2. Взаимодействие материалов с кислородом и азотом // Изв. вуз. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 32 – 38.

5. Каблов Е.Н., Бунтушкин В.П., Поварова К.Б. и др. Малолегированные легкие жаропрочные высокотемпературные материалы на основе интерметаллида Ni3 Al // Металлы. 1999. № 1. С. 58 – 65.

6. Ермилов А.Г. Металлизация термоциклированием. – М., Саранск: Тип. «Красный Октябрь», 2006. – 256 с.

7. Ohno T., Watanabe R., Nonomura T. Development of a die material for isothermal forging of superalloys in air // Transactions ISIJ. 1987. Vol. 27. No. 1. P. 34 – 41.

8. Ohno T., Watanabe R., Fukui T., Tanaka K. Isothermal forging of Waspaloy in air with a new die material // Transactions ISIJ.1988. Vol. 28. No. 11. P. 958 – 964.

9. Tabaru T., Hanada S. High temperature strength of Ni3 Al-base alloys // Intermetallics. 1998. Vol. 6. No. 7 – 8. P. 735 – 739.

10. Беломытцев М.Ю. Высокотемпературные испытания малых образцов интерметаллидов на сжатие // Изв. вуз. Черная металлургия. 2000. № 11.С. 42 – 44.

11. Беломытцев М.Ю., Ераносов Я.В., Чертов С.С. Испытания микрообразцов на кратковременную ползучесть при сжатии // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 3. С. 46 – 50.

12. Розенберг В.М. Основы жаропрочности металлических материалов. – М.: Металлургия, 1973. – 328 с.

13. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. – М.: МИСиС, 1998. – 400 с.

14. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия, 1979. – 496 с.

15. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1969. – 752 с.

16. Шлякман Б.М., Ямпольский О.Н., Ратушев Д.В. Один способ определения константы С в параметре Холломона // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 9. С. 48 – 51.

17. Гарофало Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов и сплавов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1968. – 304 с.

18. Чадек Й. Ползучесть металлических материалов / Пер. с чешск. – М.: Мир, 1987. – 304 с.

19. Bokstein B.S., Bokstein S.Z., Spitsberg I.T. Ni self-diffusion in alloyed Ni3 Al // Intermetallics. 1996. Vol. 4. No.7. P. 517 – 523.

20. Frank S., Rüsing J., Herzig Chr. Grain boundary self-diffusion of 63 Ni in pure boron-dopped Ni3 Al // Intermetallics. 1996. Vol. 8. No. 7. P. 601 – 611.

21. Базылева О.А., Поварова К.Б., Казанская Н.К., Дроздов А.А. Редкоземельные металлы в сплавах на основе алюминидов никеля. III. Структура и свойства многокомпонентных сплавов на основе Ni3 Al // Металлы. 2009. № 2. С. 69 – 75.

22. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. – М.: Металлургия, 1978. – 348 с.

23. Miracle D.B. The physical and mechanical properties of NiAl // Acta Metallurica et Materialia. 1993.Vol. 41. No. 3. P. 949 – 985.

24. Поварова К.Б., Банных О.А. Принципы создания сплавов на основе интерметаллидов. Ч. I // Материаловедение. 1999. № 2. С. 27 – 33.

25. Поварова К.Б., Банных О.А. Принципы создания сплавов на основе интерметаллидов. Ч. II // Материаловедение. 1999. № 3. С. 29 – 37.