Дисперсно упрочненных

Материалы, наполненные частицами, а также дисперсно-упрочненные композиционные материалы можно считать изотропными. Однако в случае волокнистых, слоистых и однонаправленных композиций соотношения упругости соответствуют анизотропному телу, т. е.

4. Волокнистые и дисперсно-упрочненные композиционные материалы, М., «Наука», 1976.

Итак, мы рассмотрели композиционные материалы на основе металлической матрицы. Заметим, что их- принято подразделять на три основных класса: дисперсиошю-твердеющие, упрочненные частицами (дисперсно-упрочненные) и армированные волокнами.

Разработанные в Советском Союзе дисперсно-упрочненные сплавы на никелевой основе марки ВДУ-1 и ВДУ-2 по жаропрочности при температурах выше 1050° превосходят никелевые сплавы и не уступают по свойствам сплаву ТД-никель.

Материалы: I ~ твердые растворы и дисперсно-твердеющие (стареющие) сплавы; II — дисперсно-упрочненные металлы; III—керметы; IV — армированные волокнами металлы. Системы (в скобках указано объемное содержание второй фазы):

В тех средах, которые рассматриваются в данной главе, сплавы на основе никеля исследовались не так интенсивно, как некоторые из уже рассмотренных выше систем сплавов. Поэтому обобщена г имеющихся данных в этой области будет сравнительно кратким. Составы обсуждаемых ниже сплавов представлены в табл. 7. Среди никелевых сплавов можно выделить три больших основных класса (причем во всех трех случаях матрица имеет г. ц. к. структуру): 1) однофазные сплавы, такие как Ni—30 Си, Ni—20 Сг и другие; 2) сплавы, упрочненные выделениями, в основном представленные жаропрочными суперсплавами, состаренными с целью выделения v'-фазы; З) дисперсно-упрочненные сплавы, в которых упрочняющая фаза не выделяется из твердого раствора, а вводится в сплав каким-либо иным способом. Прежде чем обсуждать свойства каждой группы сплавов, важно рассмотреть поведение номинально чистого никеля.

Композиционные материалы состоят из металлической матрицы * (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле {дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно {дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы. В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100—500 нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5—Юоб.%.

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов и редкоземельных металлов), нерастворяю-щихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала до 0,9—0,95 Тпл, В связи с этим такие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов. Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля е 2—3 об. % двуоксида тория или двуоксида гафния. Матрица этих сплавов обычно f-твердый раствор Ni + + 20 % Сг, Ni + 15 % Mo, Ni + 20 % Сг и Мо. Широкое применение получили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный двуокисью тория), ВДУ-2 (никель, упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni + 20 % Сг, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью. При температуре 1200 °С сплав ВДУ-1 имеет а100 ^ 75 МПа и а1000 ^ 65 МПа, сплав ВД-3 — а100 s=; 65 МПа. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупрочнению е повышением температуры и длительности выдержки при данной температуре (см. рис. 198).

Портной К. И., Бабич Б. Н. Дисперсно-упрочненные материалы. М.: Металлургия, 1974. 199 с.

6. ОКИСЛЕНИЕ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Окисление дисперсноупрочненных материалов на воздухе протекает во времени по степенному закону (116), близкому к параболическому (п ?« 2), и соответствует контролю процесса окисления диффузией реагентов через окалину. Отклонения от этого закона могут быть как в сторону уменьшения самоторможения процесса окисления во времени (п < 2), что обусловлено частичным растрескиванием (Си + 5—10% MgO и др.) или испарением образующейся окалины (Мо + Ок при 1000° С и др.), так и в сторону увеличения самоторможения процесса окисления (п ~> 2 или логарифмический закон) в связи с установлением иного контроля процесса, в частности образованием микрополостей на границе раздела материал — окалина, эффект которого находится в соответ-

мическая стабильность структуры и свойств, реализуемая путем создания многослойных и дисперсно-упрочненных композитов типа металл-металл и металл-окисел.

Ильинский А. И. Прочность и структура слоистых и дисперсно-упрочненных пленок. 124

Рассмотрим процесс пластической деформации металлической матрицы, содержащей некогерентные дисперсные твердые частицы сферической формы. В общем случае еще до приложения внешней нагрузки в таком материале могут быть остаточные напряжения, обусловленные присутствием частиц [151, 158—161], но в большинстве дисперсно-упрочненных сплавов такие напряжения на порядок ниже предела текучести [146],

Внешнее напряжение по мере его повышения действует на свободные дислокации, заставляя их перемещаться и оказывать давление на частицы, блокирующие их плоскости скольжения. Поскольку для получения заметной пластической деформации необходимо обеспечить свободную работу дислокационных источников, должно быть достигнуто напряжение, при котором дислокации могут выгибаться между частицами и таким образом обходить их (рис. 2.27). Впервые эту задачу рассмотрел Орован [162], который предположил критическое касательное напряжение в дисперсноупрочненных сплавах определять по выражению

Как было показано выше, типичным механизмом разрушения однофазных ОЦК-металлов является механизм скачкообразного подрастания докритической трещины, который не наблюдается в дисперсно-упрочненных материалах. Основной причиной, объясняющей отсутствие этого механизма, наряду с легкостью развития межзеренного разрушения, является легкость зарождения пор. Поры, как уже указывалось ранее, образуются в результате разрушения хрупких частиц и их межфазных границ. Так, если в однофазном молибдене МТ образование пор начинается лишь при 20—30 % пластической деформации [387], когда в области шейки образуется ячеистая дислокационная структура, то в дисперсноупрочненных сплавах микротрещины, т. е. зародыши пор, образуются либо еще в области упругой деформации, либо уже при 3—5 % пластической деформации.

В дисперсно-упрочненных композиционных материалах, полученных методом порошковой металлургии, дисперсная фаза в металлической матрице сдерживает рост зерна. Возьмем, например, окисную пленку на чешуйках алюминиевой пудры. Толщина этой пленки постоянная, поэтому содержание окисла AljOs в сплаве зависит от размера чешуек. Алюминиевая пудра содержит 6—22 процента окиси алюми-

Вопросы движения посторонних включений в твердых телах под влиянием градиента температуры или электрического напряжения, взаимодействие включений (в том числе и 'газообразных) с границами зерен, высокотемпературное деформирование (ползучесть) дисперсно-упрочненных сплавов и их спекание освещены в мо-.нографии [133].

Исследования по созданию жаропрочных молибденовых сплавов представляют собой разработку дисперсно-упрочненных металлокерамических композиций,, которые обладают сравнительно низкой пластичностью и технологичностью, и разработку литых деформированных и модифицированных сплавов молиб-

При создании дисперсно-упрочненных сплавов методом порошковой металлургии встретились большие трудности из-за выбора подходящих тугоплавких соединений и равномерного распределения их в молибденовой матрице.