Исследование и разработка жаропрочных, легких композиционных материалов с матрицей на основе моноалюминида титана
Работа проводилась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ): грант № 00−03−32 663 «Разработка физико-химических принципов подбора матриц из сплавов на основе алюминидов никеля и титана для композиционных материалов с оксидным упрочнением», грант № 03−03−32 463 «Разработка физико-химических принципов создания термостабильных структурно-фазовых состояний… Читать ещё >
Содержание
- 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 TiAl 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
- Ti-AI
- 3. 1. Двойная система Ti-AI
- 3. 2. Характерные особенности строения тройных диаграмм состояния систем Ti-AI-Me, где Me — 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 TiAl
- 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 Ti-AI-X, где X — элемент или фаза внедрения и выбор фаз внедрения для упрочнения композиционных материалов с интерметаллидной матрицей на основе TiAl.
3.5 Выбор литейных жаропрочных сплавов на основе TiAl для интерметаллидных матриц в композиционных материалах, упрочненных монокристаллическими сапфировыми волокнами.
3.5.1 Микроструктура литейных сплавов на основе TiA.
3.5.2 Экспрессная оценка жаропрочности литейных сплавов на основе TiAl методом измерения «горячей» твердости.
3.5.2.1 Влияние легирования на кратковременную «горячую» твердость сплавов (Y-TiAI+a2-Ti3AI).
3.5.2.2 Длительная «горячая» твердость сплавов на основе TiAl.
3.5.3 Сравнение характеристик жаропрочности TiAl и Ni3AI, имеющих аномальную температурную зависимость предела текучести, перспективы повышения жаропрочности сплавов TiAl путем легирования.
3.6 Изучение жаростойкости литейных сплавов на основе TiAl.
3.6.1 Анализ механизмов образования защитной оксидной пленки на TiAl и других интерметаллидах.
3.6.2 Окисление сплавов на основе TiAl.
3.6.3 Обоснование выбора легирующих добавок для повышения жаростойкости сплавов TiAl и композиционных материалов.
3.7 Механическая совместимость компонентов, составляющих композиционный материал.
3.8 Выводы по главе 3.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С МАТРИЦЕЙ
TiAl, УПРОЧНЕННЫХ КАРБИДАМИ (SiC) И БОРИДАМИ (TiB2).
4.1 Композиционные материалы типа «SiC/TiAl» и их получение пропиткой волокон SiC расплавом или напылением гранул материала матрицы TiAl
4.1.1 Получение композитов типа «SiC/TiAl» пропиткой волокон SiC расплавом материала матрицы TiAl.
4.1.2 Структура и свойства композитов типа «SiC/TiAl», полученных пропиткой волокон SiC расплавом материала матрицы TiAl.
4.1.3 Получение композитов типа «SiC/TiAl» напылением гранул сплава матрицы TiAl на волокно SiC.
4.2 Композиты типа «TiB2/TixAly» и их получение методом реакционного спекания.
4.2.1 Разработка метода получения композитов с матрицей TiAl, упрочненных (15−60)o6.%TiB2 путем реакционного спекания и реакционного сплавления.
4.2.2 Структура и фазовый состав композитов типа «TiB2/TixAly».
4.2.3 Композиты системы Ti-AI-B типа «TiB2/TiAI», упрочненные волокном сплава титана.
4.3 Выводы по главе 4.
Глава 5. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ТИПА «А1203ГПА1».
5.1 Выбор способа получения композитов с матрицей из сплавов на основе TiAl, упрочненных непрерывными оксидными волокнами.
5.2 Получение композитов с матрицей на основе сплавов TiAl, упрочненных монокристаллическими волокнами сапфира.
5.3 Микроструктура и излом композитов типа «АЬО/ПА!».
5.4 Механические свойства композитов типа «AI203/TiAI».
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 волокно/матрица.
5.5 Потенциальные рабочие температуры композитов.
5.6 Стойкость композитов типа «Al203/TiAI» против окисления.
5.7 Выводы по главе 5.
Список литературы
- Sims С.Т., Stoloff N.S., Hagel W.C. Superalloys li. N. Y. et al. 1987 (Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. М.: Металлургия. 1995).
- Масленков С.Б., Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких температур. Справ, изд. В 2-х кн. М.: Металлургия. 1991, 832 с.
- Банных О.А., Поварова К. Б., Кутьенков В. А., Фридман А. Г., Головкина Т. Е., Заварзина Е. К. Высокотемпературный композиционный материал с металлической матрицей // Металлы. 1992, № 3, с. 145−149.
- Dimiduk D.M., Miracle D.B., Kim Y.-W., Mendiratta M.G. Recent Progress on Intermetallic Alloys for Advanced Aerospace Systems // ISIJ Intern. 1991, v. 31, N. 10, p.1223.
- Поварова К.Б., Банных O.A. Принципы создания конструкционных сплавов на основе интерметаллидов // Материаловедение. 1999, № 2, с. 27−33 (Часть 1) — № 3, с. 29−37 (Часть 2).
- Kim Y.-W., Froes F.H. Physical Metallurgy of Titanium Aluminides // Proc. Symp. High-Temperature Aluminides and Intermetallics / Eds. S.H. Whang, C.T. Liu, D. Pope. The Minerals, Metals and Materials Society. Warrendale, PA. 1990, p. 451 465.
- Kim Y.-W. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Forged Gamma Titanium Aluminide Alloy //Acta Metalurgica et Materialia. 1992, v. 40, N. 6, p. 1121.
- Huang S.C., Chesnutt J.C. Gamma TiAI and its Alloys // Intermetallic Compounds, v. 2. Practice / Ed. Westbrook J.H., Fleischer R.I., Wiley J., Sons Ltd. 1994, v. 2, p. 7390.
- Имаев В.И., Имаев P.M., Салищев М. Р., Кузнецов А. В., Поварова К. Б. Влияние скорости деформации и размера зерен на пластичность интерметаллида TiAI при комнатной температуре // Металлы. 1996, № 5, с. 135−145.
- Анташев В.Г., Иванов В. И., Ясинский К. К. Разработка технологии получения литых деталей из интерметаллидного сплава TiAI и их использование вконструкциях // Технология легких сплавов. М.: ВИЛС. 1996, № 3, с. 20−23, с. 100.
- Банных О.А., Поварова К. Б., Буров И. В., Заварзина Е. К., Титова Т. Ф., Заварзин И. А., Иванов В. И. Структура и некоторые свойства литых сплавов на основе TiAl, легированных V, Nb, Та, Hf, Zr// Металлы. 1998, № 3, с. 31−41.
- Dimiduk D.M., Miracle D.B., Ward C.H. Development of Intermetallic Materials for Aerospace // Materials Science and Technology. 1992, v. 8, April, p. 367−375.
- Yamaguchi M. High Temperature Intermetallics with Particular Emphasis on TiAl // Materials Science and Technology. 1992, v. 8, N. 4, p. 299−307.
- Kannappan A., Fischmeister H.F. High Temperature Stability of Tungsten Fiber Reinforced Nickel Composites // High Temp. Mater. Phenomena. Proc. 4th Nord. High Temp. Symp. NORTEMPS-75. Helsinki. 1975, v. 2, p. 1.
- Ahlroth R., Kettunen P. Review on Ni- and Co-Base Composite Materials for the Temperature Range of 1000. 1100 °C //Acta Polytechn. Scand. Chemincl. Met. Ser. 1973, N. 112,32 p.
- Гукасян Л.E., Белов В. В., Рыбальченко М. М., Антипов В. И., Исследование композиционного материала с матрицей из никелевого сплава, армированной вольфрамовой проволокой, при многократном нагреве и охлаждении. М. 1974, 14 с. Деп. В ВИНИТИ 09.08.74.
- Warren R. The Mechanical Properties of Fibre-Reinforced Superalloy Composites. Amsterdam. 1984, p. 215−237.
- Еременко В.И. Влияние объемной доли волокон на некоторые закономерности повреждаемости матрицы при термоциклировании композита вольфрам-сплав ЭИ 765 // Физика и химия обработки материалов. 1984, № 2, с. 101.
- Савицкий Е.М., Поварова К. Б., Макаров П. В. Металловедение вольфрама. М.: Металлургия. 1978, 224 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Под общ. ред. Н. П. Лякишева. М.: Машиностроение. 1996, Т. 1, 992 с- 1997, Т. 2, 1024 с- 2001, Т. 3, Кн. 1, 872 с- 2000, Т. 3, Кн. 2, 448 с.
- Миротворский B.C., Ольшевский А. А., Поликарпов Ю. А. и др. Влияние состава матрицы на диффузию никеля в вольфрамовое волокно // Физика и химия обработки материалов. 1980, № 6, с. 74.
- Исайкин А.С., Двойченкова Л. В., Чубаров В. М. и др. О склонности к рекристаллизации дисперсионно-твердеющих вольфрамовых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1980, № 11, с. 38.
- Поварова К.Б. Конструкционные сплавы вольфрама и рения. В кн. Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова. 60 лет (Сборник научных трудов под ред. Н.П.Лякишева). М.- ЭЛИЗ. 1998, с. 201−212.
- Васильева А.Г., Устинов Л. М. и др. // Вестник МВТУ. 1991, № 1, с. 91−96.
- Singh P., Sankar R., Synthesis of 7075AI/SiC Particulate Composite Powders by Mechanical Alloying // Materials Letters. 1998, v. 36, p. 201−205.
- Чернышева T.A., Коболева Л. И., Болотова Л. К. Дискретноармированные композиционные материалы с матрицами из алюминиевых сплавов и их трибологические свойства // Металлы, 2001, № 6, с. 85−98.
- Wawer F.E., Whatley W.J. The Effect of Elevated Temperature Exposure on the Properties of SiC/Ti-6AI-4V Composites // Space Age Metals Technology. F.N. Froes, R.A. Cull eds., SAMPLE, Covina, CA. 1988, p. 470−479.
- Elzey D.M., Wadley H.N.G. // Acta Metallurgica et Materialia. 1993, v. 41, p. 22 972 316.
- Krishnamurthy S., Smith P.R., Miracle D.B. Preliminary Evaluation of a Ti-24,5AI-17Nb/SiC Composite // Scripta Metallurgica et Materialia. 1994, v. 31, p. 653−658.35