Исследование и разработка жаропрочных, легких композиционных материалов с матрицей на основе моноалюминида титана

• Автор: Антонова, Анна Валерьевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Введение
Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ЖАРОПРОЧНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ И ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОЙ МАТРИЦЕЙ, УПРОЧНЕННЫЕ ЧАСТИЦАМИ ИЛИ ВОЛОКНАМИ

ОКСИДОВ, БОРИДОВ, КАРБИДОВ.

1.1 Искусственные композиционные материалы с металлической или

интерметаллидной матрицей, упрочненные металлическими или керамическими волокнами

1.2 Естественные композиционные материалы.

1.3 Способы получения композиционных материалов с интерметаллидными матрицами

1.3.1 Реакционное спекание или реакционное сплавление композиционных материалов, упрочненных частицами фаз внедрения

1.3.2 Направленная кристаллизация естественных композиционных материалов.

1.4 Обоснование выбора пар для стабильных искусственных

композиционных материалов с интерметаллидной матрицей,

упрочненных фазами внедрения.
1.4.1 Характеристики фаз внедрения
1.4.2 Порошковые композиционные материалы с дисперсными частицами оксидных фаз.
1.4.3 Композиционные материалы с интерметаллидной матрицей, упрочненные оксидными волокнами
1.5 Выводы по главе 1.
1.6 Цель и задачи исследования
Глава 2 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ МАТРИЦ,
УПРОЧНЯЮЩИХ ФАЗ, КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
2.1 Получение сплавов на основе Т1А1 для интерметаллидных матриц
2.2 Упрочняющие фазы
2.3 Способы получения композиционных материалов.
2.4 Методы исследования структуры, фазового состава и свойств.
Глава 3 УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
АЛЮМИНИДОВ ТИТАНА С ЛЕГИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ФАЗАМИ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА ЖАРОПРОЧНЫХ И ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАТРИЦЕЙ
3.1 Двойная система ТРА
3.2 Характерные особенности строения тройных диаграмм состояния систем ТьА1Ме, где Ме легирующий металл или металлоид.
3.2.1 Твердорастворное легирование алюминидов титана
3.2.2 Фазы, находящиеся в равновесии с алюминидами титана.
3.3 Возможность использования легирования для повышения
жаропрочности и низкотемпературной пластичности ТА1.
3.3.1 Рабочие температуры.
3.3.2 Низкотемпературная пластичность
3.3.3 Упрочнение алюминидов титана
3.3.4 Плотность.
3.4 Характерные особенности строения тройных диаграмм состояния систем ТнА1Х, где X элемент или фаза внедрения и выбор фаз внедрения для упрочнения композиционных материалов с интерметаллидной матрицей на основе НА
3.5 Выбор литейных жаропрочных сплавов на основе ПА для интерметаллидных матриц в композиционных материалах, упрочненных монокристаллическими сапфировыми волокнами
3.5.1 Микроструктура литейных сплавов на основе НА
3.5.2 Экспрессная оценка жаропрочности литейных сплавов на основе НА методом измерения горячей твердости.
3.5.2.1 Влияние легирования на кратковременную горячую твердость сплавов уИА1а2НзА1
3.5.2.2 Длительная горячая твердость сплавов на основе ПА.
3.5.3 Сравнение характеристик жаропрочности ПА1 и МзА, имеющих
аномальную температурную зависимость предела текучести, перспективы повышения жаропрочности сплавов ИА1 путем легирования
3.6 Изучение жаростойкости литейных сплавов на основе ПА
3.6.1 Анализ механизмов образования защитной оксидной пленки на ПА и других интерметаллидах
3.6.2 Окисление сплавов на основе ПА
3.6.3 Обоснование выбора легирующих добавок для повышения жаростойкости сплавов НА и композиционных материалов.
3.7 Механическая совместимость компонентов, составляющих композиционный материал.
3.8 Выводы по главе 3.
Глаза 4 ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАТРИЦЕЙ
ПА1, УПРОЧНЕННЫХ КАРБИДАМИ БГС И БОРИДАМИ ЯВ2.
4.1 Композиционные материалы типа БЮЯА и их получение пропиткой волокон ЭЮ расплавом или напылением гранул материала матрицы ПА
4.1.1 Получение композитов типа БСЯА пропиткой волокон БГС расплавом материала матрицы Т1А
4.1.2 Структура и свойства композитов типа БЮПА, полученных пропиткой волокон БЮ расплавом материала матрицы Т1А1.
4.1.3 Получение композитов типа БЮПА напылением гранул сплава матрицы ПА на волокно БГС.
4.2 Композиты типа ТгВ2ТгхАу и их получение методом реакционного спекания.
4.2.1 Разработка метода получения композитов с матрицей ПА, упрочненных об.Т1В2 путем реакционного спекания и реакционного сплавления
4.2.2 Структура и фазовый состав композитов типа Ш2ЛПХА1У
4.2.3 Композиты системы ТА1В типа ТВ2ЛГА1, упрочненные волокном сплава титана
4.3 Выводы по главе 4.
Глава 5 ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ТИПА АЯА1
5.1 Выбор способа получения композитов с матрицей из сплавов на основе ЯА, упрочненных непрерывными оксидными волокнами
5.2 Получение композитов с матрицей на основе сплавов ЯА, упрочненных монокристаллическими волокнами сапфира.
5.3 Микроструктура и излом композитов типа АЯ1А1
5.4 Механические свойства композитов типа А0ПА1.
5.4.1 Испытания на ползучесть.
5.4.2 Длительная и удельная длительная прочность композитов.
5.4.3 Низкотемпературная пластичность и вязкость разрушения композитов
5.4.4 Процессы на межфазной границе волокноматрица.
5.5 Потенциальные рабочие температуры композитов
5.6 Стойкость композитов типа АЯА против окисления
5.7 Выводы по главе 5.
Общие выводы
Список литературы


Поисковые исследования и разработка принципиально новых высокопрочных материалов для элементов ВВТ на основе коррозионностойких свариваемых хромистых сталей, тугоплавких химических соединений, тяжелых сплавов и композитов на основе вольфрама и наноструктурной меди Шифр УНСТИЛ, государственный контракт от г. Поисковые исследования путей создания новых высокопрочных материалов на базе тяжелых сплавов, высокотермостойких и легких конструкционных композитов, а также интерметаллидов и керамик для элементов конструкций вооружения, военной и специальной техники Шифр УГОВОЛ. Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. Для разработки физикохимических подходов к подбору компонентов при создании термически стабильных КМ, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, и разработки на этой основе новых КМ с участием ИММ и упрочняющих фаз необходимо проанализировать причины, приводящие к деградации известных КМ, создававшихся начиная с конца прошлого века как жаропрочные конструкционные материалы для горячих деталей авиационнокосмических аппаратов, но не нашедших реального применения изза присущих им недостатков. В х годах большие надежды возлагались на КМ типа металлметалл с матрицами из жаростойких сплавов на основе Ре, , Со, армированных волокнами из особожаропрочных сплавов на основе Л, для приготовления которых использовали широкий круг методов пропитку арматуры из проволоки на основе Л расплавом матрицы, плазменное напыление материала матрицы на препрег из волокон, совместную экструзию, ГИП, диффузионную сварку волокноЛматрицалист и их комбинации 1,. Наиболее удачными в этой группе оказались КМ с матрицами из сплавов типа фехраль или никельхромалюминиевых сплавов с У, армированные волокнами из сплава 4м. КМ при С составляла МПа при об. У1, т. Однако в КМ с матрицей на основе Ре, , Со возникают большие термические напряжения вследствие значительной разницы коэффициентов термического расширения КТР сплавов матрицы и волокна на основе Л механическая несовместимость ,. Оказалось также, что КМ этого типа малопригодны к длительной работе даже при температура до С, т. ДС систем i , при длительном нагреве имеет место интенсивное взаимодействие матрицы i Со, с волокном , сопровождающееся его частичным растворением в матрице и образованием хрупких интерметаллидов x ,. Кроме того, при нагреве уже при кратковременной нагрузке высокая скорость зернограничной диффузии i в приводит к снижению температуры начала рекристаллизации x деформированной проволоки из высокожаропрочного сплава на основе от С до С и образованию приповерхностных зон инициированной никелем рекристаллизации, вызывающей разупрочнение и охрупчивание волокна на основе ,. Работами Института металлургии и материаловедения им. Байкова РАН ИМЕТ РАН было показано, что есть, по крайней мере, два пути преодоления указанных причин деградации КМ типа iсуперсплав 1 замена активной к вольфраму матрицы на основе i на менее активную матрицу на основе другого металла с более низким КТР жаростойкие сплавы на основе Сг 2 понижение активности i в сплаве на основе i за счет связывания его в термически стабильные соединения ИМ, в частности, алюминиды никеля. Так, в КМ, упрочненных высокопрочными волокнами из сплавов на основе благоприятной основой для матрицы являются жаростойкие сплавы на основе Сг, т. ИМ и, в отличие от i, в отсутствуют приповерхностные зоны рекристаллизации волокна на основе , т. Сг не является поверхностноактивным к вольфраму благодаря чему волокно на основе в матрице на основе Сг остается нерекристаллизованным вплоть до С 3. Были получены листовые КМ толщиной 1,2 мм с матрицей из малолегированного жаростойкого сплава хрома ВХ2У ВИЛС, упрочненные высокопрочным волокном из сплавов типа 4. ИМЕТ РАН, а также модели сопловых лопаток ГТД из них рис. Данные листовые 6. X2 с плотностью гсм3 показали высокие механические свойства предел прочности на растяжение ав при С составил 0 МПа, 0часовая длительная прочность сюо при С составила МПа 3. Успешно прошли испытания модели камеры сгорания двигателя из данного КМ длина мм, диаметр и мм, толщина стенки 1,8 мм рис. С в течение сек ,5 мин, при которых температура поверхности камеры достигала С что на 0С превышало обычную температуру для таких изделий из iсуперсплавов.