Разделы сайта
Читаемое
Обновления Nov-2024
|
Промышленность Ижоры --> Керамические композиционные материалы ввдны две точки перегиба. Первый перегиб (3 % Мо) связан с появлением карбида М02С, увеличение содержания которого приводит к ухудшению спекаемости образцов. При содержании Мо > 20 % образуется интерметаллид К1зМо, чем, по-видимому, обусловлен второй перегиб. Система никель-хром-тантал. На графике зависимости относительного изменения объема спеченных образцов от содержания Та в исходной порошковой смеси (см. рис. 6.4) имеется одна точка перегиба ( ~ 5 % Та). Ее появление, вероятно, связано с образованием карбида тантала - ТаС. Увеличение содержания ТаС в образцах ведет к заметному ухудшению спекаемости. Изготовленные сплавы-катализаторы применяли для синтеза поликристаллов карбонадо . После синтеза поликристаллы дробили и вьщеляли фракции 630/500 и 400/315 для проведения прочностных испытаний по ГОСТ 9206-80. Прочность алмазов АРК4 630/500 и 400/315, синтезированных с применением катализаторов системы никель-хром, представлены на рис. 6.5, а синтезированных с применением катализаторов системы (20 % Сг - 80 % Ni) - С - на рис. 6.6. Повышение содержания хрома в катализаторе на основе никеля (см. рис. 6.5) приводит к понижению прочности поликристалла, наиболее резкое при > 10 и >30 % Сг. В соответствии с диафаммой состояния системы Ni-Cr-C, первой области (>10 % Сг) соответствует появление карбидов хрома, второй (> 30 % Сг) - появление а-фазы (раствора никеля в хроме). Зависимость прочности поликристаллического алмаза при введении углерода в сплав-катализатор 20 % Сг - 80 % Ni, представленная на рис. 6.6, является более сложной. Введение до 3,5 % С в сплав приводит к повышению прочности поликристалла, при дальнейшем повышении содержания углерода в катализаторе прочность поликристаллов уменьшается. Температура образования поликристаллического алмаза зависит от температуры плавления сплава-катализатора. Введение до 3,5 % С в сплав 20 % Сг - 80 % Ni приводит к снижению температуры плавления сплава-катализатора; при этом уменьшается и температура синтеза поликристаллического алмаза карбонадо , что приводит к увеличению вязкости расплава катализатора, это затрудняет переход его в зону реакции образования алмаза. Поликристаллы образуются меньшего размера, что и определяет некоторое повышение их прочностных свойств, поскольку в процессе образования алмаза происходит снижение давления в камере высокого давления. В то же время повышение содержания углерода F, н Ni 20 40 60 Сг, % (масс.) 4 6 С, % (масс.) Рис. 6.S. Влияние содержания Сг в катализаторе на основе Ni на прочность порошков поликристаллического алмаза АРК4: 1 - 630/500; 2 - 400/315 Рис. 6.6. Влияние содержания С в катализаторе Х2ОН80 на прочность порошков поликристаллического алмаза АРК4: а - 630/500; б - 400/315 В сплаве Х20Н80 приводит к снижению адгезионных характеристик расплава к алмазу. Этими двумя факторами и определяется экстремальный характер зависимости прочности карбонадо от содержания углерода в исходном катализаторе Х20Н80. Для оценки влияния состава катализатора на термостойкость АРК4 проводили изучение стойкости к окислению алмазов, синтезированных с применением различных катализаторов. Стойкость к окислению оценивали по потере массы АРК4 250/200 при нафеве до 1270 К на дери-ватографе Паулик-Паулик-Эрдей со скоростью 5 К/мин. Стойкость к окислению возрастает с повышением до 20 % содержания хрома в катализаторе на основе никеля, Ат/т снижается с 37 до 23 % (рис. 6.7, а); повышение содержания углерода в катализаторе ведет к снижению стойкости алмаза к окислению, Ат/т повышается до 33 % (рис. 6.7, б). Установленные закономерности влияния состава катализатора на стойкость к окислению поликристаллических алмазов находятся в соответствии с представлениями об окислении никельхромовых сплавов. Прочность алмазов, изготовленных с применением сплавов-катализаторов системы Х20Н80 - Ti (Та, Мо), представлена на рис. 6.8; Ni - Мо -на рис. 6.9. Прежде чем приступить к обсуждению результатов влияния титана, тантала и молибдена на прочность поликристаллов, рассмотрим имеющиеся в литературе данные по влиянию указанных элементов на механические cBoircTBa никельхромовых сплавов. Свойствам никельхромовых сплавов уделяется большое внимание. Это объясняется тем, что данные сплавы применяются в качестве жаростойких и жаропрочных материалов. Одной из задач по улучшению их свойств является повышение прочности никелевой матрицы. Анализ возможных механизмов упрочнения матрицы при образовании твердого раствора позволил авторам заключить, что при легировании матрицы с гранецентрированной кубической структурой (в частности никеля) наибольший эффект по упрочнению наблюдается при введении элементов, образующих растворы замещения. Образование растворов внедрения со- Ат/т-т 40 25 20
20 30 Сг, % (масс) 40 50 &т/т 100 40 84 78 72 66 Х20Н80 4 6 С, % (масс) Х20Н80 2 4 6 8 10 12 Содержание Ti, Та, Мо в катализаторе, %(ат,) Рис. 6.7. Влияние содержания Сг (а) и С (б) в сплаве-катализаторе на потерю массы АРК4 250/200 при нафеве на воздухе до 1370 К Рис. 6.8. Влияние содержания Мо, Ti, Та в катализаторе на основе сплава Х20Н80 на прочность поликристаллического алмаза АРК4: а - 630/500; б - 400/315
30 40 Мо, % (масс.) провождается плавным упрочнением. Примером может служить раствор углерода в никеле. Н. Мотт и Ф. На-барро пришли к выводу, что упрочнение твердого раствора можно объяснить внутренними напряжениями, вызванными внедрением атомов растворенных элементов в упругую матрицу. Согласно их модели, предел текучести для разбавленного твердого раствора зависит от разницы между параметрами решетки чистой матрицы и растворенного элемента. Введение центров искажения решетки отражается на существующих между атомами силовых полях, при этом атомы растворителя и растворенного элемента смещаются от средних положений в решетке, в результате чего образуются постоянные линейные статические искажения. В работах Л. Я. Козлова на основании большого экспериментального материала по влиянию легирующих элементов на период решетки и прочностные свойства никелевой матрицы бьша установлена зависимость между периодом решетки сложного раствора на основе никеля и его прочностью, причем эта зависимость носит линейный характер и хорошо аппроксимируется уравнением вида е = р + sa, где е - удельная прочность у-раствора, а - период решетки, р и s - коэффициенты. Таким образом, упрочнение твердого раствора определяется, в основном, изменением геометрического параметра кристаллической решетки основы сплава и величина прочностных свойств достигает максимальных значений при максимально возможных значениях периода решетки. Изучение влияния Ti, Та и Мо в сплаве Х20Н80 на период решетки никелевой матрицы проводили в работе [4]. Из результатов по изменению периода решетки, представленных на рис. 6.10, следует, что максимальное упрочнение сплава Х20Н80 происходит при введении тантала до 2 % (ат.). Рис. 6.9. Влияние содержания Мо в катализаторе на основе Ni на прочность поликристаллического алмаза АРК4; а - 800/630; б - 400/315 3,54 Х20Н80 J титана - З...6% (ат.) и молибдена - 6 % (ат). Указанные концентрации тантала, титана и молибдена соответствуют их предельной растворимости в сплаве Х20Н80. В настоящей работе было проведено изучение влияния содержание Ti, Та, Мо в сплаве Х20Н80, %(ат,) j- Та И Мо В катализаторе на Рис. 6.10. Влияние содержания Т1, Та и Мо основе никеля на период ре-в сплаве Х20Н80 на период решетки твердо- шетки твердого раствора на го раствора на основе N1 [15] присутству- ющего В поликристалле. Для расчета а у-раствора на основе никеля в качестве эталона использовали алмаз. Период решетки алмаза принимали равным 3,567 10 * м. Результаты исследования представлены на рис. 6.11. При сопоставлении данных о влиянии Ti, Та и Мо в сплаве Х20Н80 на период решетки а у-раствора на основе Ni и у-раствора на основе Ni, присутствующего в поликристалле, видно хорошее их соответствие. Следовательно, можно заключить, что введение Ti, Та и Мо в сплав Х20Н80 должно приводить к упрочнению металлической связки поликристаллов. При сравнении данных, представленных на рис. 6.8 и 6.11, видно, что увеличение прочности поликристалла наблюдается при таком содержании легирующего металла, при котором наблюдается увеличение решетки у-раствора, а, следовательно, и прочности никелевой матрицы. Если содержание легирующего металла в сплаве-катализаторе выше количества, соответствующего его предельной растворимости в сплаве Х20Н80, то увеличения прочности поликристалла не наблюдается, а в случае, если легирующим металлом является титан, то наблюдается снижение его прочности. Введение Ti в количестве, превышающем его растворимость в у-растворе, приводит к образованию г-фазы (интерметаллида NigTi с гексагональной плотноупакованной решеткой), которая выделяется по границам зерен или кристаллизуется в пластинчатой форме. Выделение г-фазы отрицательно влияет на механические свойства сплава. Следовательно, введение Ti более 6...7 % (ат.) в сплав Х20Н80 приводит к выделению ri-фазы (растворимость титана в сплав Х20Н80 составляет 2 % (масс.) (2,4 % (ат.)) при 300 К и 6 % (масс.) (7,5 % (ат.)) при 1500 К), снижению механических свойств, и, как следствие, прочности поликристалла. Далее приведены значения периода решетки твердого раствора на основе никеля в алмазных поликристаллах а (10 ° м), синтезированных с использованием катализатора системы никель-молибден с различным содержанием Мо, % (масс): О 5 10 15 20 30 а у-раствора на основе никеля.............. 3,541 3,548 3,555 3,561 3,561 3,561 Сопоставление этих данных с данными прочностных испытаний (см. рис. 6.10) показывает, что значения прочности алмазных поликристаллов хорошо коррелируют со значениями периода решетки металлической фазы поликристаллов: с увеличением периода решетки а никелевого твердого раствора прочность алмазного поликристалла возрастает. Легирование никеля молибденом более 15 % нецелесообразно, поскольку не способствует повышению прочности связки и поликристаллов в целом. Избыток молибдена (> 15 %) в процессе синтеза образует высокотемпературные карбиды MoCj . Образованием значительного количества ох-рупчивающих неалмазную составляющую поликристаллов фаз, по-видимому, объясняется снижение прочности карбонадо при легировании исходного катализатора молибденом свыше 30 %. Известно, что одним из самых эффективных методов повышения прочностных свойств никелевых сплавов является легирование их дисперсными частицами. Поэтому целью настоящей работы являлось выяснение возможности получения дисперсноупрочненной связки в поликристаллическом алмазе. Синтез карбонадо проводили в условиях, описанных ранее. В работе использовались УДП порошки, полученные плазмохимическим методом, со следующими характеристиками: Ni, Мо (МИХМ) -средний размер частиц 100 нм, содержание кислорода 3 и 5 %, соответственно; нитрид титана (ИНХП, Черноголовка) - средний размер частиц 70 нм. Предварительно ультрадисперсные порошки перемешивали в смесителе типа 3,56 3,55 3,54 3,53 Х20Н80 2 4 6 8 10 12 Содержание Ti, Та, Мо в катализаторе, 9 24 (ат.) Рис. 6.11. Влияние содержания Ti, Та и Мо в катализаторе на основе сплава Х20Н80 на период решетки твердого раствора на основе Ni, присутствующего в поликристаллическом алмазе
|
© 2003 - 2024 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка |