ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, № 4, с. 414-416
ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
УДК 539.3:669.24571:669.046
ЗЕРЕННАЯ СТРУКТУРА И ПРОЧНОСТЬ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННОГО ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ Ni3Al
© 2015 г. В. Е. Овчаренко, Е. Н. Боянгин, М. М. Мышляев, Ю. Ф. Иванов, К. В. Иванов
Представлено академиком РАН О.А. Банных 16.02.12015 г. Поступило 16.02.2015 г.
Представлены результаты исследования влияния пластической деформации продукта высокотемпературного синтеза на зеренную структуру, прочность и пластичность синтезированного под давлением интерметаллического соединения Ni3Al.
DOI: 10.7868/S0869565215280087
Измельчение зеренной структуры до сверхтонкого состояния путем интенсивной пластической деформации является широко известным методом достижения оптимальных соотношений прочности, пластичности и функциональных свойств металлических материалов [1, 2]. Применение интенсивной пластической деформации для интерметаллических соединений со сверхструктурой Ь12, в том числе для №3А1, являющегося базовым компонентом современных жаропрочных сплавов, невозможно из-за ограничения прочности и пластичности интерметаллида хрупким межкри-сталлитным разрушением и достигается только на микрообразцах на наковальнях Бриджмена [3].
Реализовать сравнительно высокие степени пластической деформации на достаточно масштабных по размеру образцах интерметаллического соединения №3А1 возможно в области предельно высоких температур в волне теплового взрыва порошковой смеси никеля с алюминием стехиометрического состава в условиях суперпозиции трех независимых процессов — высокотемпературного синтеза интерметаллида в режиме объемной экзотермической реакции, компакти-рования термореагирующей системы и пластической деформации продукта высокотемпературного
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии наук, Томск Национальный исследовательский Томский политехнический университет Институт металлургии и материаловедения Российской Академии наук им. И.С. Бардина, Москва Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской Академии наук, Томск E-mail: ove45@mail.ru
синтеза [4, 5]. Целью настоящей работы является исследование влияния пластической деформации продукта высокотемпературного синтеза на зерен-ную структуру и прочностные свойства синтезированного под давлением интерметаллического соединения №3А1.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Интерметаллическое соединение №3А1 синтезировали в порошковой смеси никеля (~2.0 мкм) с алюминием (~1.0 мкм) стехиометрического состава в стальной пресс-форме конусного типа путем ее нагрева токами высокой частоты до инициирования объемного самовоспламенения смеси с последующей деформацией продукта синтеза с частичной его экструзией через калиброванное отверстие в нижней части пресс-формы. Оценка величины пластической деформации интерме-таллида по вертикали в синтезированном интерметаллическом слитке приведена на рис. 1.
Рентгенофазовый анализ синтезированных образцов интерметаллида был проведен в излуче-
Рис. 1. Схема получения образцов интерметаллического соединения №зА1 с различной степенью пластической деформации для испытаний на растяжение: 4.2 (1), 5.6 (2), 7.4 (3), 10.6 (4), 15.2% (5).
ЗЕРЕННАЯ СТРУКТУРА И ПРОЧНОСТЬ
415
Рис. 2. Бимодальная поликристаллическая структура интерметаллического соединения №зЛ1, синтезированного с пластической деформацией продукта синтеза. Стрелками указаны зерна субмикронного размера.
нии CuZ„ при 40 кВ и 40 мА. Микроструктуру интерметаллических сплавов исследовали методами сканирующей электронной микроскопии (SEM-515 Philips) и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии (JEM-2100). Исследование прочности образцов на растяжение проводили на машине "INSTRON" со скоростью растяжения 0.2 мм/мин.
МИКРОСТРУКТУРА СИНТЕЗИРОВАННОГО ИНТЕРМЕТАЛЛИДА
Установлено, что пластическая деформация продукта синтеза формирует в интерметаллическом соединении бимодальную зеренную структуру, состоящую из зерен микронных размеров (10 мкм и более) и "мультизерен", состоящих из зерен субмикронного (0.1—0.5 мкм) диапазона размерности (рис. 2). На границах раздела отдель-
Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение границы раздела микрозерен и микроэлектронограм-ма с наноразмерными частицами; стрелками указаны рефлексы оксида алюминия у-А^Оз (параметры ре-шетки:_а = 0.310 нм, с = 0.499 нм), 1 - [100], 2 - [012], 3 - [112].
ных микрозерен образуются прослойки из нано-размерных кристаллитов Al2O3 (рис. 3).
ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
С увеличением степени пластической деформации продукта высокотемпературного синтеза происходит значительное повышение значений пределов текучести и прочности, степени деформации до разрушения интерметаллического соединения №3А1 при растяжении (рис. 4).
Таким образом, пластическая деформация интерметаллического соединения №3А1 в процессе его высокотемпературного синтеза под давлением формирует в синтезированном интерметаллиде бимодальную зеренную структуру, содержащую субмикрокристаллические зерна с межзеренными прослойками из наноразмерных кристаллитов А12О3. Образование бимодальной зеренной структуры кратно повышает предел прочности и величину
15
о о я
о ft с
Ч о ч о ft
П
800 600 400 200 0
4 6 8 10 12 14 16 Деформация в пресс-форме, %
«
s я
е
р
а р
о Ч я
и ц
а
м р
о ф
е Де
Рис. 4. Зависимости предела прочности (1) и деформации до разрушения (2) при растяжении синтезированного интерметаллида от степени пластической деформации продукта высокотемпературного синтеза.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 464 № 4 2015
416
ОВЧАРЕНКО и др.
деформации до разрушения интерметаллида при растяжении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Valiev R.Z., Estrin Yu., Horita Z., Langdon T.J., Zehet-bauer M.J., Zhu Yu.T. Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation // J. Minerals, Metals&Materials Soc. TMS. 2006. April. P. 33-39.
2. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные нано-структурные металлические материалы. М.: Академкнига, 2007. 398 с.
3. Корзников А.В., Идрисова С.Р., Димитров О.К., Пышминцев И.Ю., Сиренко А.А., Корзникова Г.Ф. Структура и механические свойства нанокристал-лического интерметаллида Ni3Al // Физика металлов и металловедение. 1998. Т. 85. В. 85. С. 91—96.
4. Овчаренко В.Е., Лапшин О.В. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез интерметал-лида Ni3Al под давлением // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 6. С. 71-75.
5. Овчаренко В.Е., Лапшин О.В., Рамазанов И.С. Формирование зеренной структуры в интерметаллическом соединении Ni3Al при высокотемпературном синтезе под давлением // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 3. С. 64-70.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 464 № 4 2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.