Прочность двухфазных структур на основе тугоплавких металлов

• Автор: Беломытцев, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
I. МЕХАНИЗМЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ОЦК-МЕТАЛЛОВ
СКОЛУ
1.1 Методика исследования скола
1.1.1. Материалы и методы испытаний
1.1.2. Методика приготовления объектов для просвечивающей электронной микроскопии
1.1.3 Методика электронномикроскопических исследований
1.2. Наблюдения разрушения монокристаллов
1.3. Диссипативные структуры скола
1.4. Изменения в процессах скола вольфрама и молибдена с температурой
1.5. Влияние структуры и геометрии излома на сопротивление монокристаллов
сколу
1.6. Наблюдение иных механизмов скола
Выводы по главе
И. ПРОЧНОСТЬ СОТОВЫХ СТРУКТУР (композиции тугоплавкий металл-
интерметаллид N11А1)
2.1. Методика исследований
2.1.1. Используемые материалы
2.1.2. Изготовление компактных образцов
2.1.3. Определение механических свойств хрупких композиций на малых образцах
2.2. Структура и механические свойства сотовых композиций
2.3. Стабильность структуры материалов на основе Ы1А1
Выводы по главе
III ПРОЧНОСТЬ ДВУХФАЗНЫХ МОНОКРИСТАЛЬНЫХ СТРУКТУР
(Упрочнение монокристаллов сплавов Мо и ¥)
3.1. Твердорастворное упрочнение монокристаллов молибдена и вольфрама
3.2. Прочность двухфазных монокристаллов молибдена и вольфрама
3.2.1. Метод внутреннего насыщения. Требования, предъявляемые к процессу внутреннего насыщения. Общие результаты

3.2.2. Используемые материалы
3.2.3. Методика внутреннего насыщения
3.2.4. Химический анализ материалов
3.2.5. Методика механических испытаний
3.2.6. Определение параметров частиц
3.2.7. Структура исходных материалов
3.2.8. Науглероживание
3.2.9. Внутреннее азотирование
3.2.10. Внутреннее окисление
3.2.11. Совместное насыщение кислородом и азотом
3.2.12. Технологическое использование
Выводы по главе
Общие выводы по работе
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Применению материалов на основе тугоплавких металлов как жаропрочных препятствуют быстрое снижение их прочностных характеристик с ростом температуры и неудовлетворительная жаростойкость в окислительной атмосфере. Технологическая трудность при их обработке - низкотемпературная хрупкость (до 30(Н400°С в молибдене и ~600°С в вольфраме).
Решение этих проблем требует понимания механизмов хрупкого разрушения тугоплавких ОЦК-металлов при низких температурах с одной стороны, а с другой -повышения характеристик горячей прочности при достаточной жаростойкости.
Высокое сопротивление ползучести в изделиях специального назначения обеспечивает применение монокристаллов молибдена и вольфрама, исключающих основной механизм деформации при высоких (~ 0,6ТШ1 и выше) температурах -зернограничное проскальзывание. Их низкую (в сравнении с поликристаллами) горячую прочность компенсируют легированием и созданием двухфазных структур методами внутреннего насыщения.
Повышение сопротивления тугоплавких металлов хрупкому разрушению сколом при низких температурах обеспечивают созданием композиционных материалов, в том числе с сотовой структурой. В них функцию силового каркаса выполняют стенки ячеек, изготовленные из тугоплавкого материала, а наполнителем может являться, в частности, интерметаллид №А1, обладающий высокой жаростойкостью при температурах до 1300°С. Такое решение уменьшает вероятность хрупкого скола, так как уменьшается путь трещины от препятствия до препятствия, с одной стороны, и повышает жаростойкость всего материала вследствии высоких защитных свойств №А1 с другой стороны. (Иной путь- измельчение зёренной структуры монолитного тугоплавкого материала - не так эффективен из-за зернограничной хрупкости и зернограничной ползучести.)
Цель работы. Исходя из сказанного, задачами исследования ставилось:
а) изучение закономерностей хрупкого разрушения сколом ОЦК-монокристаллов и возможности воздействовать на эти процессы через структуру материалов и условия испытаний;
б) создание композиционных материалов с сотовой структурой на основе №А1-Мо-У и исследовании их свойств;
в) разработка методов получения двухфазных монокристаллов на основе молибдена и вольфрама и исследование их механических свойств.

трение тЛЗ < 0 (Ху ' (ХПл ' 3 * л/З /4; при 77°К тЮ < 2 КГ4 против т„/0 ~ 10'2. Поэтому сопротивление Т) полагаем не зависящим от скорости трещины V.
Из (1) и (2) распределение серии по глубине 11(п) / г|| = [ 2 - Ъ - 2 /1 - Ъ ] / (а п + 2)2 ,гдеа = (п 4 ) '.
Е = С { (а п “I- 2) / (7Г‘ I; ’ Т]]), а предельный размер серии п0 определен
условием Z0= 1. Суммарная длина движущихся в серии дислокаций 2 * Н ) , и

рассеиваемая ими мощность на единицу площади трещины Г| = (2 V Т; * Н )/ \.

или в безразмерном виде Ч,= г /(2- |л(п)-Чп.

Мощность тратится также на создание поля дислокаций позади трещины. Основной вклад в его энергию - от дальнодействующей составляющей п0 т» , поддерживающей макроскопическую кривизну в слое толщиной в Н| , ограниченном (е < 2) силами изображения от поверхности излома. На образование двух слоев толщиной е Н| с
плотностью энергии (п Тоо)2/(2 -О) затрачивается
2-У-е-Н,-(п0 Тоо)2/(2-
С) или при той же нормировке §7 = Г2 / (2 V т2-Н,) = е По2/(2 1; -Й.
Трещина - открытая термодинамическая система с поступлением упругой энергии извне. В её поле формируется диссипативная структура из увлекаемых ею регулярно размещенных серий дислокаций. При заданной скорости V стационарному состоянию диссипативной системы соответствует минимум рассеиваемой мощности Г (принцип Онзагера [42]). При указанном Х и при 8 = 1, . , 2 минимуму §(£,) = ё]"*” ё?
соответствует = 200-700 против наблюдаемого = 180. Из этого однозначно определяются остальные параметры - сдвиг ё и глубина бездислокационного слоя Н„. Система микроступенек с шагом Ь и сдвигом <1 - это след движения диссипативной структуры, обеспечивающей минимум сопротивления движению трещины ( как суммы потерь на трение от увлекаемых ею дислокаций и накопления энергии их поля под поверхностью скола). Эти две статьи расхода энергии сравнимы, а работа образования поверхности несущественна. Вся структура скола (г|п , £ , п0) определяется в конечном счете одним параметром подвижности дислокаций - сопротивлением трения й при скорости V ~ С [43]. Деформация под поверхностью п0 / £ ~ Х'2 . В работе скола вклад