автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и исследование жаропрочного волокнистого композиционного материала на интерметаллидной основе, обладающего повышенной структурной стабильностью

TI

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Револщии и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

На правах рукописи

Воробьев Алекоей Вячеславович

УДК 669. 018. 45^ ( 063 )

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЖАРОПРОЧНОГО

ВОЛОКНИСТОГО КОШОЗЩИОННОГО МАТЕРИАЛА

НА ИНТЕРМЕТАЛЛВДНОЙ ОСНОВЕ, ОБЛАДАЮЩЕГО ' •

ПОВЫШЕННОЙ СТРУКТУРНОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обрабогк-

металлов

Специальность 05. 02. 01 - Материаловедение в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кавдидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Московском Ордена Ленина , ордена Октябрьской Революции и Ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

Научнее руководители - доктор технических наук, профессор АЛ . Васильева - доктор технических ндук, старший научный сотрудник Л.М. Устинов

Официальные оппоненты: доктор технических наук С.Е. Салибеков кандидат технических наук В.Н. Мещеряков

Ведущая организация - Институт проблем материаловеденч ведения АН УССР

Защита диссертации состоится на заседании - тециализированного совета К 053.15.13 Московского государственного технического университета имен« Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., . Л.5.

Баш отзув на автореферат в одном экземпляре, заверенный печртью .просим выслать по указанно^ адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦГТУ им. Н.Э. Баумана.

Келающ1"! присутствовать на защите должчн заб повременно из' ->сгигь совет письмом заинтересованных организаций на иы. председателя совета. Телефон дляхправок - ^3-65-14 1 Автореферат разослан " у'у~" 7 __1^/г.

УЧЕНИЯ С!£.<РЕТАРЬ ОЕфАЛШРОаАННОГО СОВЕТА ^%(5ин ц.Н.

Подписано к печати Обьем 1,0 п.л. Тичаж L00 экз.

заказ V- /¿>/5" Типография МГГУ им. Н.Э. Баумана

ОБЩАЯ ХАРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Волокнистые композицис ныв материалы ( ВКМ ) давно привлекают внимание исследователей как материалы наиболее полно отвечавшие требованиям жаропрочности и надежности в эксплуатации. Особое место в исследованиях на эту тему занимают БКМ с интерметаллидной матрицей. Иятерметаллиднне фазы обладают рядом уникальных свойств, реализация которых в ответственных изделиях повышает эффективность многих технических решений.

Анализ опубликованных результатов позволяет выбрать из числа ннтерметаллидных материалов интермзталлид ГИАС . который способен обеспечить необходимый комплеко свойств для жаропрочного БКМ. %

При конструировании КМ особое значение имеет рациональный выбор материала армирующих волокон. "Пйдиционные волокнистые композиции, включающие в качестве арматуры нитевидные кристаллы, борные, углеродное и керамические волокна, не обеспечивают з сочетании с данной матрицей требуемой жаропрчности. В тало£ матрице работоспособными до температур 1200° С и более являются лишь проволоки из тугоплавких металлов - вольфрама и молибдена. С точки зрения преимуществ по стабильности структур!, приоритет принадлежит вольфраму, поскольку в композиции с молибденом при указанной температуре когет протекать эвтектическое превращение на межфазной границе.

Несмотря на значительный научный и практический интерес к проблеме создания жаропрочных ВКМ с использованием интчргаталллческой матрицы, решение ряда конкретных задач отстает от реальных потребностей производства.

В диссертации всесторонне изучен композиционный материал Щ.А1/ вольфрамовая проволока, который представлен как альтернативный материал для применения в деталях машин, работающих при температурах 1100 - 1200° С.

Цель работы. Разработка жаропрочного КМ с интерметаллидной матрицей, обеспечивающей повышенную жаростойкость и структурную стабильность в интервале тем-пературИОО - 1200° С ; разработка технологии изготовления ВКМ ША1. / вольфрамовая проволока; установ-

ленив особенностей влияния температуры нагрева на критерии трещиностойкости, механизм разрушения, межфазноэ взаимодействие, стабильность структуры разрабатываемого жаропрочного ВКМ; разработка рекомевдациа по изготовлению полуфабрикатов из ВКМ UiAif вольфрамовая проволока.

Научная новизна. Установлена возможность применения интерметаллида в качестве жаростойкой матрицы ВКМ при армировании её водьфрамове'* проволокой.

Разработан принцип рационального конструирования ВКМ с учетом расположения и объёмной доли упрочняющей фазы.

Выявлены особенности кинетики перераспределения элементов, входящих в состав КМ, при эксплуатации материала в области l_.cokhx температур. Обнаружен эффект замедления диффузии никеля в вольфрамовое волокно.

Установлено, что температура рекристаллизации вольфрамового волокна зависит от способа получения интерметал-лидной никельалюминиевой матриц*'; с точки зрения повышения структурой стабильности более предпочтительной является матрица, изготовленная из промышленного порошка стехиомет-рического состава.

Обнаружен эффект возрастания прочностных свойств собственно интерметаллидной никельалюминиевой матрицы при её армировании вольфрамовыми волокнами, что объясняется межфазным взаимодействием, приводящим к легированию матрицы вольфрамом.

По результатам фрактографического анали?ч сделан вывод о значительном понижении температуры хрупко - вязкого перехода разработанного ВКМ по сравнеш" о температурами хрупко - вязкого лерехма алшинида никеля и вольфрама.

Установлены закономерности влияния температуры на кинетику развития трещины и диссипации энергии в ее .устье вследствие ветвления. На основании этих закономерностей могут разрабатываться рекомендации по выбору рациональных режимов нагружения деталей из КМ.

Показано, ' .'о интермэ*аллид J\ltAl, выступая как матрица ВКМ, имеет более высокое сопротивление раскрытию трещины, чем в неармировашюм состоянии.

Практическая ценность работы. Разработан волокнистый композиционный материал NtAl / вольфрамовая про-валока ( ВАР5, ВР20 ), имеющий высокие механические •

свойства при температурах 1100 - 1200° С и отличающийся повышенной жаростойкостью и структурной стабильностью. ВКМ, содержащий 30 об. % волокон, при 1200° С имеь^

- 410 - 430 Ша, при И00° С - б"в = 680 - 700 МПа. Материал по своим эксплуатационным характеристикам превосходят большинство суперсплавов и приближается к ВКМ на их основе. В то же время разработанный КМ имеет более высокую окалиностойкость и меньший удельный вео по сравнению 9 КМ на основе жаропрочных оуперсгшшов. Это указывает на то, что новый материал может быть с успехом применен как альтернативный для деталей ГТД. Его применение экономически оправдано.

Апробапия тботы. Основные результаты работы доложены на научно - технических семинарах и конференциях; ХУ1 Всесоюзная конференция по порошковой металлургии, г. Свердловск, 1989 г., "Новые жаропрочные и жаростойкие металлические материалы", г. Москва, 1989г., "Но-' вые стали и сплавы, режимы их термической обработки", краткосрочный семинар, ЛДНШ, г. Ленинград, 1989 г., "Строение и механические свойства металлических материалов", ДЦНТП, г. Ленинград, 1990 г., "Механика конструкций из композиционных материалов и проблемы динамических испытаний", г. Комсомольск на Амуре, 1990 г., "Московская международная конференция по композитам", АН СССР, г. Москва, 1990 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано . 7 работ.

Обьём таботы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и приложения. Работа изложена на.В7 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, /4 таблиц и список литература из 113 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы разработки жаропрочных ВКМ с интерыеталлидной матрицей и сформулирована цель работы-

В первой главе представлен обзор имеющихся в научной литературе теоретических и экспериментальных данных по использованию интерлеталлидо*" в качестве матрицы д. я

buM. Выделены главные факторы, названы приоритеты, определяющие выбор матричного материала при конструировании вкм.

Отмачего, что в литературе первостепенное внимание при конструировании жаропрочных КМ уделяете проблеме химическое совместимости матрицы и волокон.

При анализе литературных данных конкурирующие материалы рассматриваются в сопос-твлении друг с другом.

Прослежена тенденция к росту популярности интерыетал-лидных фаз как матриц при создании ВКМ.

йоказано, что большинство работ по применению интер-металлидов в волокнистых композициях посвящено алюминидам, в частности олшинидам никеля и титана как наиболее перспективным с точки зрения комплекса механических и физических свойств. Отмечено отсутствие достаточно систематизированных исследований по применению NiAi в ВКМ, армированных тугоплавкими проволокам.

Большо;. интерес у ученых, особенно космического ведомства NASA ( США ), вызывает возможность использования качестве матрицы такого интериеталлдца, как Hi At . В ряде габот доказана перспективность его использования и указаны пути повышения его механических свойств при вы' -жих температурах. Однако очень мало исследований, в kotojых, этот интерметаллид был бы представлен в конкретном ВКМ.

Па снова анализа литературных данных сфоряулирова-:а цель и садачи настоящей работы.

' Во в"">рой главе указаны материалы, с .исаны методики экспериментальных исследований и технологии получения ВКМ Hi Ai / вольфрамовая проволока лабораторным и полупромышленным способом.

Объектом исследований служил ВКМ Ni Ai / ВАР5 и MiAt / ВР20 с объёмной долей' волокон 5 - 40 %. Указывается , что необходимым звеном технологической цепочки, наиболее элективно обеспечивающим ооздаиие качественного ВКМ на основе интерметаллидов, является диффузионная сварка. Её применение возможно как в е. опери-ыентадьнш так и в массовом масштабе.

С точки зрения чистоты КМ, наилучшим следует признать плазменный способ нанесения матричного матери.ла на предварительно намотанную проволоку.

Наилучшим режимом диффузионной сварки является режим, включающий сварку при Т = 1250° С, давлении 50 - 60 МПа, 0,5 - I час с последующим охлаждением в аргоне или о печью.

Для определения характеристики процесса докритичес-кого роста трещины применяли оригинальную методику, основанную на аналогичных исследованиях особо хрупких материалов.

Для всех материалов выполняется соотношение:

А? - рЛР ) ( I )\ где

Р* ш(Р-Р0)/(Ри-Р0) |2), где

Д $ а

Рф и - соответственно нагрузка и деформация в момент старта трещины.

Преобразовывая ( I ), получим:

то есть, произведя разбивку нелинейного участка кривой нагшжеяия на К частей ж последовательно вычисляя и д 0 дм вс§х значений ^Р/ , можно построить зависимость Яо&и от СО\Р/ . Для хрупких материалов коэффициент - равен для 2,4 - 2,8. для

керметов - 2,1 - 2,4; для соединений на базе //<■ АС 1,5 ~2,1' ^

Значения П.

и вычисляются из графика соот-

ветственно как тангенс угла наклона и отрезок, отсекаемый на оси абсцисо. Снижение — шуй^ указывает на возрастание стадии стабильного роста трещины.

Для определения окалиностойкооти, ударной вязкости, кратковременной а длительной прочности использовали методики, широко применяемые на практике.

Третья глава цосвяшена'нсоладовашш жаропрочности разработанного КМ при разном опособе нагружения ( при изгибе, растяжении в сжатии ). Результаты испытаний предлагаемого

ВКМ на кратковременную и длительную прочность, ударную вязкость и окалиностойкость, а такие значения удельной прочности и удельной длительной прочности приведены а табл. I. Для сравне"иятешш свойства одного из наиболее известных iiKM Cf /W . Из данных табл. I следует, что свойства КМ NiAi/ вольфрамовая проволока не уступают КМ

О / W , а по жаростойкости значительно преЕосходят его. Таким образом, этот КМ может использоваться при высоких температурах.

Значения предела прочности при испытаниях на изгиб в усл< илх высоких температур приведены в табл. 2.

Таблица 2

Предел прочности на изгиб ВКМ M'Ai/W поволока

\ би , МПа

ТИ°П'' ^ NiAi/ MPS 1 К I At / ВР20

I 20 % ! 40 % ! 20 % ! 40 55

250 800 - 900 700 - 1000 700 • 720

Зав"симость ЮЛ от 'температуры испытания имеет немонотонный характер: при 500 - 600° С наблюдается отчетливо выраженный максимум. Эго наблюдение коррелирует о .<л-тературными данными о зависимости прочности интерыеталлида TVi/ i от температур!.

Дая более всестороннего изучения свойств КМ M'Ai/W образцы материала, прошедшие испытания на изгиб при различных температурах, рппытывали на сжатие при комнатной температуре с целью выяснения ресурса работы материала при повторе» нагруже ии в области низких температур. Значения (Зсж представлены в табл. 3.

Подводя итоги всестороннего исследования мс :ан..ческкх свойств предлагаемого ВКМ, можно сделать общий вывод о том, что уровень механических свойств позволяет использовать его ч ответственных деталях турбореактивных двигателей, а

20 280 - 120 450 100 - 400

300 560 890 910

500 650 1040 1060

"00 400 - 600 640-960 800

1000 580 830 480

Механические и физические свойства композиционного материала, проволока и ВКМ С? / УМ

Таблица I ыш / вольфрамовая

!Ведь-!Плотность:Предел !100-часо-! Удельная! Удельная!Окаляностой!Ударная !фрамо! О ,т/ м3!прочности!вая проч-!прочность 100-ча-!кость« ¡вязкость, МяФпттга !вая ! ^ !при 1200 С ность при пои !совая ! г/ иг !ВДк

МатрЭДа дров.! ! &йтт\120Ф С, ! 12008 С, ¡прочность

!об. %\ > 1 /~1й>,МПа! МПа !дри м

! ! ! ! ЧСО !т/м3 !1200° С,! ! | } | .1 I !Ша_ , , _т/ м3_

NiAl 10 6, 97 210 - 230 70 - 170 28,7 9,4 0,2 0

Niki 30 9, 7 410 - 430 160 - 200 44,3 17,5 0,2 0,08

Niki 'О II, 08 530 - 540 200 - 270 47.8 18,0 0,19 0,12

Хром 30 10,2 390 - 480 120 - 250. 47,0 11,8 - 24,5 0,8 - 0,11 0,1

повышенная жаростойкость обеспечивает преимущество перед другими материалами в районе температур IIOO - 1200° С.

Кроме этого, определяли минимальную ( критическую ) долю волокон в БКМ HlAi / вольфрамовая проволока. Установили, что при =5-8 об. % волокон характер разрушения ВКМ меняется с хрупкого разрушения при однократной разрыве волокна на разрушение посредством мнжеотвен-ного разрыва волокон.

> • Таблица 3.

Значения D^ для ВКМ Ni'Ai/W после предварительных ист- аний на изгиб

Температура !

предваритель! £ > ^ ного испыта-! сж ния, о С !

250 ~ 230 - 250

900 800 - 1000 900

В данной главе приведены также результаты исследования влияния легирования интерметаллида Нтанталом и ниобием на свс. лва разработанного композита. Показана пер' активность такого пути повышения сопротивления ползучести нового КМ.

В чс вето ой главе .изложены результа: л исследования особенностей разрушения г трещиностойкости ВКМ лс(А1 / вольф}дмовая проволока.

Предварительно был выполнен теоретический анализ возможного механизма разрушения предлагаемого ВКМ. Диаграмма состояния № - А1 - свидетельствует, что предлагаемый композит относится ко второму классу, т. е. волокно и матщца взаимно нереакционноспособны, но тостворимы друг в д±гуге. Это обстоятельство наряду с результатами решения уравнений диффузии позволяет сделать предположение, что в исходном состоянии на границе раздела волокно -матрица имеется прослойка из £ - твердого раствора воль-

20 з:о

500 700 IC00

фрама в толщиной от 5 до 10 мкм, которая имеет

хорошее адгезионное сцепление с волокном. В дальнейших рассуждениях дефо^ацию, необходимую для разрыва волокна, Обозначали как С^ц ; образования трещины - надреза в слое, Окружающем волокно - ; распространения трепцшы - надреза 1доль волокна ( расслоение - ■ ; разрушения волокна Путем разреза трещиной • Качественное соотношение этих

величин определяет возможный тип разрушения. Например, при соотношении:

6/М> > > (.4 )

разрушение начинается с зарождения трещины; затем, после приложения дополнительной нагрузки, трещина перерезает волокно. Иными словами, при постепенном возрастании наг-рузг^, вначале, при достижении деформации образца равной

, в материале возникают трещины - надрезы в граничном слое, окружающем волокно. Затем, при дальнейшем нагрулении, в момент, когда деформация образца станы, лтся равной £п , начинается необратимое движение этих трещин в волокно, что приводит к разрушению материала. Если же при рассмотрели излома стало очевидным, что де;г ;тю трещины начиналось сразу же после её возникновения, без приложения дополнительной нагрузки, то данному механизму разрушения будет отвечать соотношение:

€/«>С/> > <5* (5)

Таким образом, с ростом нагрузки, в определенный момент деформация образца достигает величины . Если бы

в это время в материале имелись трещины, то они стали бы двигаться и разрушать ^олокна£ материал в целом. Однако, . в связи с тем, что £^ } , то трещин в материале

пока нет. Они возникают при дальнейшей деформаци^ образца в момент, когда деформация его достигает 6 ^ , и тут же мгновенно разрушают материал. Если критерий <£ ® > ¿у® , то при нагруженпи материал разрушается путем разрыва волокон, без предварительного образования трещин. Подобная картина часто возникает на практике при покрытии волокон окисью иттрия 03 •

При соотношения:

6 ¡и> > б® (в)

детерлиьированная последовательность микромеханизмов разрушен, л будет следующей. Вначале, при достижении деформации бх » образуются трещины в хрупком слое, окруж^щем волокно, затем с ростом деформации образца до , трещины начинают двигаться вдоль волокна

( разрушение отслоение|и о в В случае: • хотя и

> £ ^ , но расслоения но произойдет, поскольку до достижения деформацией значения £ г произойдет разрыв волокон, то есть в этом случае трещины в матрице на границе с волокном не опасны ( например, в КМ алюминий / борные волокна ).

Реально, для изучаемого КМ при указанной величине зоны взаимодействия к известных свойствах матрицы и волокон может иметь место один из двух вариантов соотношения:

. £?>с/ц><»>

е°>е*>е*>б; о>

В обоих случаях разрушение вероятнее всего произойдет путем образования надреза в хрупком слое, - окружающем; волокно и, дальнейшего его распространения через прослойку и волокно. Такое разрушение называется микрохрупким.

Далее приведено экспериментальное подтверждение результатов теоретического анализа.

При температуре 500° С, как показал анализ фракто-

грамм изломов, выполняется одно из следующих соотношений: £*>{/„ ~ . <•>

< > С >

Применяя соответствующие расчеты получили выражения разрушающего напряжения <5^ для ВКМ при различной температуре. При 20° С для соотношения ( 7 )

. а для ( 8 У <Ос - .

где модуль Юнга волокна; - его объемная доля. В обоих случаях напряжение, необходимое яия■«еятйгё«""-*

материала, Йри темрр

выражается одной форлулой. атуре ^ 500° С для соотношенияJ 9) ^ití "i , а для ( 10 ) 6¿ = Ьс , где - модуль Юнга композита в целом при рассматриваемой Температуре. Полученные выражения разрушающего напряжения можно использовать при дальнейших инженерных расчетах.

Оценку трещиностойкости испытуемого материала делали по совокупности параметров Kjc , ^ и jbj , где Kjc -Коэффициент интенсивности напряжений,^ - удельная работа разрушения. В табл. 4 приведены средние значения всех ípex исследуемых критериев разрушения для ВКМ Ni Ai/ вольфрамовая проволока при различных температурах испытания.

Характеристики трещиностойкости ВИИ вольфрамовая проволока

Таблица-4

МА1 /

есп., С ik » jKIc , ! !ЬШа м1/21 к1с » МЛа-м1/2 нъ ' fe¿ !кДд/ i.r !Примечания !

20 11,1 10,9 _ 1,7 нестабиль-

ный рост

трещины

300 21,2 20,7 1,73 10,55

500 50 -60 1,56 11,75

700 30,2 28,4 1,68- 6,75

1,78

Величины К1с и ^ при ТЦС1и = 20° С значительно превышают аналогичные значения хрупких материалов, а также для неарлированного N"1 Аь . Величина — <С! находится в том же диапазоне, что и у сплавов

с добавками бора, которые при комнатной температуре имеют малую пластичность.

Далее в этой же главе, на основании анализа фракто-грамм изломов, делается вывод о том, что температура хрупко - вязкого перехода ВИЛ / вольфрамовая про-

волока находится в районе температур 200 - 300° С, то есть значительно ниже температур хрупко - вязкого перехода компонентов. Данный факт объясняется эффектом механи-

ческого пластифицирования.

В итоге делается вывод об удовлетворительной spe-щиностойкости разработанного материала и его надежности в эксплуатации.

В гол ой главе приведены результаты структурных исследований материала.

Для изучения структурной стабильности предлагаемого ВКМ при высоких температурах проводили серию опытов, включающих нагрев и выдержку в течение 10 часов при температуре 1200, 1300, 1400 и 1500 С. Результаты, характеризующие структурные изменения в матрице, волокнах и на границе раздела представлены в табл. 5.

Следует отметить, что при температуре 1400° С рекристаллизация вольфрама не происходит, то есть материал практически работоспособен. Как известно, в композитах на основе никеля этот процесс начинается уже при 1100 -1200° С. Примечательно также, что при 1400° С структура матрицы стабильна, хотя данная температура всего на 240° С ниже, чем температура плавления NiAl ( 1640° С ).

В главе представлены также результаты измерения микротвердости и обнаружены свидетельства реализации твердо-растворного упрочнения матрицы, в зоне взаимодействия.

Таблица 5

Влияние температуры предварительного нагрева на структуру KM Ntkl / ВАР5

Температура, ¡Структурные¡Структурные! Изменения на °С ¡изменения в!изменения в! границе раздела

!матрице I волокне 1

1200 нет нет нет

1300 нет нет нет

1400 заметён рост слабый рост в некоторых мес-зерна зерна тах заметны про-

слойки jb - фазы

1500 рост зерна в рекристал- рост, укрупнение 2-3 раза лизация и дробление прослоек

Исследование процесса перераспределения элементов методом рентгеноспектрального микроанализа показало,

что диффузия никеля при температурах ниже 1400° С оп-Шы Б'^оргоиена и проходит значительно медленнее диффузии алл-шьия в вольфрам. Это приводит к сохранении ггавишенной стсй--кости против рекристаллизации вольфрамовых волокон.

Шестая глава посвящена испытаниям разработанного ВКМ з условиях, приближенных к режимам эксплуатации, предполагаемых деталей.

Жаропрочные и жаростойкие материалы, способные издергивать нагрузки при температурах 1200° С и выше, обычно применяются для изготовления крыльчаток, дисков и другие деталей ГТД н ТРД. Поэтому их целесообразно испытывать на сопротивление динамическим нагрузкам при высоких температурах в окислительной среде, чаще всего в среде сгорания ракетного или авиационного топлива.

Образцы для испытаний изготавливали из полуфабрикатов диффузионной сваркой в вакууме при температуре 1250° С, давлении 100 НПа, в течение 0, 5 ч. Полуфабрикаты получали плазменным напылением промышленного порошка ПН70Ю30 на предварительно намотанную на барабан проволоку BAF5 диаметром 150 мкм о шагом 50 мкм. После диффузионной сварки материм имел практически беспористсе состояние, объемная деля волокон составляла 20 - 30 об. %.

Образцы имели размер 40 х 40 х 4 мм; их испытывали на длительную прочность, окалиностойкость в окислительной среде при температуре 1200° С.

Установлено, что длительная прочность образцов находится в диапазоне (3^ =■ 180 - 200 МПа, окалиностойкость равна 0, 2 г/м2. Сопоставление этих свойств со свойствами материачов, используемых при эксплуатации лопаток ГТД, показало, что разработанный материал тлеет в 3,5 раза более высокую.окалиностойкость, чем суперсплави и достаточно высокую длительную пррчность.

Все это позволяет заключить, что предлагаемый композит может быть о успехом использован как альтернативный материал для деталей ГГД.

ВЫВОДЫ

I. Проведено комплексное исследование свойств алюмивида никеля в контакте о вольфрамовыми сплавами и показана возмг-.ность применения данного иптермэталлпда в качестве

зарос го'шой матрицы ВКМ.

2. Выявлены особенности кинетики перераспределения элементов, вхоцдщих в состав КМ, при эксплуатации материала в области высоких температур. Обнаружен эффект замедления диффузии никеля в вольфрамовое волокно, который обуславливает повышенную стойкость против рекристаллизации материала армирующей проволоки. При этом показано, что данный эффект зависит от способа получения интермеТал-лкдной никельалюминиевой матрицы.

3. Разработан ВКМ на основе интерлеталлидной никельалюминие-вой матрицы, армированной вольфрамовыми волокнами. Разработанный ■ материал имеет высокий комплекс механических свойств при температурах выше 2/3 Тдд матричного материала. Композиционный материал с содержанием волокон 30 об. ¡2 имеет при 1200° С предел прочности (9g = 410 - 430 МПа и сточасовую прочность QfljJ = 180 - 200 МПа. Эти свойства материала позволяют использовать его при более высоких температурах, чем большинство сулерсплавов (до 1200 °С),

4. Установлена структурная стабильность КМ вп-оть до температур 1200 - 1400° С и выдержке до 100 ч., о чем свидетельствует медленный рост зерна в матрице и волокне.

5. Еаростойкость ( окалиностойкость ), исследуемого КМ превосходит жаростойкость суперсплавов и является главным преимуществом этого материала по сравнению с другими при работе в области высоких температур. Например, при окислительном нагреве

в течение 100 часов при температуре 1200° С привес исследуемого КМ составил 0, 2 г / м2, а привес'наиболее жаростойкого суперсплава ХН77ТЮР -0, 65 г / м .

6. Анализ трепщностойкости показал высокую надежность КМ при различных температурах и нагрузках ( при 20° С коэффициент интенсивности напряжений KM KjQ =10-11 МПа«м' ).

7. Температура хрупко - вязкого перехода разработанного КМ значительно ниже ( 200 - 300° С ), чем температура, хрупко - вязкого перехода интерметаллида ( 500°,С) и вольфрама ( 700° С ).

8. Разработаны рекомендации по рациональному конструированию ( расположению и обстой доле волокон ) композиционного материала и технологи!" ( плазменное напыление, диффузионная сварка, гррячее прессование, шликерное литье ) его изготовления. Показана перспективность дальнейшего улучшения свойств предлагаемого КМ посредством легирования матрицы тантал« и ниобием.

Ьааая свойств предлагаемого КМ посредством легирования Матрицы танталом, ниобием и титаном.

9. Разработаны рекомендации по практическому использованию жаропрочного КМ на основе йнтерыеталлпдной матрицы, Армированной вольфрамовым волокном, в прошшленности для йзготовления деталей, работающих в окислительной среде при температурах до 1200° С. Сравнительный анализ стоимости нового материала и применяемого в настоящее время для аналогичных целей КМ хром/вольфрам показал экономическую целесообразность его применения.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Устинов Л.М., Камнова В.И., Васильева А.Г., Воробьев А.В Армирование порошковой никель - алюминиевой матрицы высокопрочными вольфрамовыми волокнами // Тез. докл. ХУ1. Всесоюзной конференции по порошковой металлургии.- Свердловск, 1989. - С. 75.

2. Устинов Л.М., Жамнова В.И., Васильева А.Г., Воробьев A.B. Разрушение жаростойкого композиционного материала на основе интерметаллида никелида алюминия, армированного вольфрамовой проволокой // .овне жаропрочные и жаростойкие металлические материалы: Тез, докл. I Всесоюзного ¿лмпозиума.- М.; 1989. Ч.2.- С. 137.

3. Устинов Л.М., Жамнова В.И., Васильева А.Г., Воробьев A.B. Механизм разрушения волокнистых композиционных материалов на основе малопластичных матриц, упрочненных металлическими волокнами // Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки: Материалы краткосрочного семинара. Л.: ДЦНТП, 1989.- С. 93 - 94.

4.'Жамнова В.И., Устинов Л.М., Васильева .А.Г., Воробьев A.B., Калита В.И. Сопротивление разрушению ЕКМ с хрупкой матрицей // Механика конструкций из КМ и проблемы динамических испытаний: Тез. докл. Всесоюзной конференции,- Комсомольск на Амуре, 1990,- С. 42.

5. Устинов Л.М., Камнова В.И., Васильева А'.Г., Калита В.И., Воробьев A.B., Баранов С.М., Кутьенков В.А. Трещиностойкость ВКМ на основе интерметаллида никель -алюминий // Тез. докл. Московской международной конференции по композитам.- М., 1990,- С.197

6. Васильева А.Г., Воробьев A.B., Устинов Ü.M., Жамнова В.И.,Свойства волокнистого композиционного ыатериа-

ала на осново интерметаллидной матрицы // Вестнкк ЫГТУ.-1991.- М, - С. 91. - 96.

7. Васильева А.Г., Устинов Л.М., Баринов С.М., Жамнова В.И., Калита В.И., Головкина Т.Е., Кутьенков В.А., Воробьев A.B. Механизм и кинетика разрушения БКМ на основе инть^леталлидной матрицы, армированной металлическими волокнами // Перспективные материалы и технологйи v автомобилестроении.- М,: ГЛАСИ, 1991.- С. 91 - 94.

/

/