Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

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

-l 1 1 г

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


1 1 1

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



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка