Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе

Temperature dependences of the hardness of the intermetallics Ni3Al, TiAl, and Al63Ti26Cr11 (L12-type) and the eutectic alloys Al53Ti21Cr26 (L12 + β), (β - solid solution on the base of chromium) and AlxTiyCrz (V, Mn, Re) (L12 + β) have been obtained in a wide region of temperatures (from the liquid...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Мордовец, Н.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2008
Schlagworte:	Матеріалознавство
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6104
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе / Н.М. Мордовец // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 106-111. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-6104
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-61042010-02-17T12:01:00Z Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе Мордовец, Н.М. Матеріалознавство Temperature dependences of the hardness of the intermetallics Ni3Al, TiAl, and Al63Ti26Cr11 (L12-type) and the eutectic alloys Al53Ti21Cr26 (L12 + β), (β - solid solution on the base of chromium) and AlxTiyCrz (V, Mn, Re) (L12 + β) have been obtained in a wide region of temperatures (from the liquid nitrogen temperature to the temperature of recrystallization). On the base of these dependences, the activation energy of dislocation motion U0, activation volume V , characteristic temperature of deformation T*, and other physical parameters of alloys have been calculated. The values of the activation energy of dislocation motion are near to values of U0 for transition metals with bcc lattices, and the values of activation volumes are near to b³ (b - Burgers vector), as for bcc-metals. This is the evidence of a big value of the covalent part of interatomic bonds for these alloys. 2008 Article Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе / Н.М. Мордовец // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 106-111. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6104 669.715:539.531 ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Мордовец, Н.М. Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
description	Temperature dependences of the hardness of the intermetallics Ni3Al, TiAl, and Al63Ti26Cr11 (L12-type) and the eutectic alloys Al53Ti21Cr26 (L12 + β), (β - solid solution on the base of chromium) and AlxTiyCrz (V, Mn, Re) (L12 + β) have been obtained in a wide region of temperatures (from the liquid nitrogen temperature to the temperature of recrystallization). On the base of these dependences, the activation energy of dislocation motion U0, activation volume V , characteristic temperature of deformation T*, and other physical parameters of alloys have been calculated. The values of the activation energy of dislocation motion are near to values of U0 for transition metals with bcc lattices, and the values of activation volumes are near to b³ (b - Burgers vector), as for bcc-metals. This is the evidence of a big value of the covalent part of interatomic bonds for these alloys.
format	Article
author	Мордовец, Н.М.
author_facet	Мордовец, Н.М.
author_sort	Мордовец, Н.М.
title	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
title_short	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
title_full	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
title_fullStr	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
title_full_unstemmed	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
title_sort	температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием al и некоторых эвтектических сплавов на их основе
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Матеріалознавство
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6104
citation_txt	Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе / Н.М. Мордовец // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 106-111. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT mordovecnm temperaturnaâzavisimostʹtverdostiintermetallidovsučastiemalinekotoryhévtektičeskihsplavovnaihosnove
first_indexed	2025-07-02T09:06:21Z
last_indexed	2025-07-02T09:06:21Z
_version_	1836525480262500352
fulltext	оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 10 • 2008 МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО УДК 669.715:539.531 © 2008 Н.М. Мордовец Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе (Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Ю.В. Мильманом) Temperature dependences of the hardness of the intermetallics Ni3Al, TiAl, and Al63Ti26Cr11 (L12-type) and the eutectic alloys Al53Ti21Cr26 (L12 + β), (β — solid solution on the base of chromium) and AlxTiyCrz (V, Mn, Re) (L12 + β) have been obtained in a wide region of temperatures (from the liquid nitrogen temperature to the temperature of recrystallization). On the base of these dependences, the activation energy of dislocation motion U0, activation volume V , characteristic temperature of deformation T ∗, and other physical parameters of alloys have been calculated. The values of the activation energy of dislocation motion are near to values of U0 for transition metals with bcc lattices, and the values of activation volumes are near to b3 (b — Burgers vector), as for bcc-metals. This is the evidence of a big value of the covalent part of interatomic bonds for these alloys. В настоящее время интерметаллиды с участием Al и сплавы на их основе широко исполь- зуются в авиакосмической и энергетической отраслях машиностроения благодаря их высо- кой температуре плавления и высокой жаропрочности [1, 2]. Интерметаллиды системы Al−Ti−Cr со структурой типа L12 наряду с вышеперечисленными свойствами обладают также малым удельным весом, высокой удельной прочностью и высокой коррозионной стойкостью. Недостатком интерметаллидных сплавов является низкая пластичность при комнатной температуре. Однако благодаря разработке оптимальных систем легирования и методов термомеханической обработки удалось значительно повысить пластичность спла- вов на основе Ni3Al (структурный тип L12) и TiAl (структурный тип L10) и обеспечить для них пластичность при испытаниях на растяжение. Разработка новых эвтектических сплавов на основе интерметаллида AlTixCr1−x (струк- турный тип L12) также позволила улучшить пластические свойства этой группы матери- алов [4]. Однако обеспечить пластичность при испытаниях на растяжение при комнатной температуре в сплавах системы Al−Ti−Cr со структурой типа L12 пока не удалось. 106 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №10 В связи с изложенным представляет значительный интерес всестороннее исследование структуры и свойств интерметаллидных сплавов системы Al−Ti−Cr с целью поиска воз- можностей их пластифицирования. Изучение твердости сплавов в широком температур- ном интервале (от температуры жидкого азота до температуры рекристаллизации) дает возможность рассчитать значения таких важных физических характеристик, как энергия активации движения дислокаций (U0) и активационный объем (V ), определить характе- ристическую температуру деформации T ∗, начиная с которой при понижении температу- ры резко возрастает напряжение Пайерлса–Набарро и происходит быстрый рост твердости, а также позволяет рассчитать некоторые другие физические параметры. Методика полу- чения и исследования температурных зависимостей твердости была разработана В.И. Тре- филовым и Ю.В. Мильманом и успешно применена для изучения переходных тугоплавких металлов и ковалентных кристаллов [5, 6]. В данной работе эта методика впервые исполь- зована для исследования интерметаллидов и сплавов на их основе. Целью данной работы явилось изучение температурных зависимостей твердости ин- терметаллида Al63Ti26Cr11 (структурный тип L12), эвтектических сплавов на его основе Al53Ti21Cr26 и дополнительно легированного сплава AlxTiyCrz (V, Mn, Re) в сравнении с интерметаллидами Ni3Al и TiAl. Сплавы для исследования были получены методом дуговой плавки в атмосфере очищен- ного аргона с использованием нерасходуемого вольфрамового электрода с поворачиванием и переплавлением не менее 10 раз для обеспечения гомогенности. Для плавления исполь- зовались высокочистые исходные компоненты. Вес слитков составлял 10–20 г. Из слитков были вырезаны плоские образцы толщиной ∼ 3–5 мм. Поверхность образцов была механи- чески отшлифована и отполирована. Были изучены фазовый состав и микроструктура исследуемых образцов. Фазовый сос- тав исследовали с помощью дифрактометра ДРОН-УМ1 в CuKα -излучении. Микростру- ктуру изучали с помощью оптического микроскопа МИМ-10 после травления. Результаты исследования структуры и фазового состава приведены в табл. 1. Измерения твердости выполнены с помощью индентора Виккерса при нагрузке 2N . Измерения твердости при низких температурах (ниже комнатной) осуществлялись с по- мощью специальной установки, описанной в работе [7]. При измерении образцы погружа- лись в охлаждающую жидкость. В качестве охлаждающей жидкости использовали жидкий Таблица 1 Сплав (интерметаллид) Вес слитка, г Фазовый состав, об. % Структура Размер зерна основной фазы, мкм Ni3Al 20 Ni3Al(94%) + NiAl(6%) Крупные зерна фазы Ni3Al + дендриты перитектики (Ni3Al + NiAl) — TiAl 10 TiAl + неидентифицир. фаза в малом количестве Равноосные зерна с выде- лениями эвтектики по гра- ницам 58 Al63Ti26Cr11 10 L12(99%) + AlCr2(1%) Приблизительно равноос- ные зерна с выделениями по границам 14,6 Al53Ti21Cr26 10 L12(80%) + β−Cr(20%) Эвтектика 4 AlxTiyCrz (V, Mn, Re) 10 L12(89%) + β−Cr(11%) Эвтектика 2 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 107 Рис. 1. Температурные зависимости твердости: а — для интерметаллидов, б — для эвтектических (L12 + β) сплавов азот и смесь жидкого азота с петролейным эфиром. Твердость при высоких температурах определяли в вакууме при давлении 10−3 Па на установке, описанной в работе [8]. Каждое значение твердости получено в результате усреднения 8–10 измерений. Результаты определения твердости представлены на рис. 1 для интерметаллидов и для эвтектических сплавов. Можно видеть, что для интерметаллидов Ni3Al и TiAl атермическая компонента твердости Ha приблизительно одинакова, тогда как термическая компонента Ht (0) ≈ H(0) − Ha для Ni3Al выше, чем для TiAl, а также выше, чем для всех остальных изучаемых сплавов (значения H(0) получены экстраполяцией температурных зависимостей твердости на 0 К — см. рис. 1, а, б ). Твердость однофазного интерметаллида Al63Ti26Cr11 со структурой типа L12 ниже, чем твердость интерметаллидов Ni3Al и TiAl. Нелегированный эвтектический сплав Al53Ti21Cr26 (L12 +β) имеет наиболее высокое значение атермической составляющей твердости Ha из всех исследуемых сплавов. Твердость легированного эвтек- тического сплава AlxTiyCrz (V, Mn, Re) — (L12 + β) ниже, чем твердость нелегированного эвтектического сплава Al53Ti21Cr26 (L12 + β). На температурных зависимостях твердости для исследуемых интерметаллидов не обна- ружены высокотемпературные максимумы, присутствующие на температурных зависимос- тях твердости и предела текучести монокристаллов этих же сплавов [1], что можно объяс- нить поликристаллическим характером структуры изучаемых материалов и присутствием выделений вторичных фаз (см. табл. 1). Температурные зависимости твердости для эвтектических сплавов монотонно снижают- ся с повышением температуры, подобно зависимостям твердости для однофазных интер- металлидов. По результатам измерения твердости в соответствии с методикой, описанной в рабо- тах [5, 6], были определены значения энергии активации движения дислокаций (U0), акти- вационный объем (V ) (для эвтектических сплавов, соответственно — U0эф и Vэф), критичес- кое напряжение течения при 0 К — σкр (0), атермическая составляющая напряжения тече- ния σa, характеристическая температура деформации T ∗, начиная с которой при понижении температуры резко возрастает напряжение Пайерлса–Набарро и происходит быстрый рост твердости, t∗ = T ∗/Tпл (Tпл — температура плавления), величина α∗ = U0/kTпл, характе- ризующая “жесткость” кристаллической решетки по отношению к движению дислокаций 108 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №10 (табл. 2). Здесь активационный объем V = b3ls, b — вектор Бюргерса, l — расстояние между неподвижными точками на линии дислокации в единицах вектора Бюргерса b, s — расстоя- ние от равновесного положения дислокации до вершины потенциального барьера, в едини- цах вектора Бюргерса b [5]. Значение σкр (0) получают с помощью линейной экстраполяции низкотемпературного участка температурной зависимости твердости или предела текуче- сти на 0 К; σa = σл + σпр + σч + σт + σг, где σл — сопротивление, оказываемое скользящей дислокации другими дислокациями в кристалле; σпр учитывает взаимодействие дислока- ций с растворенными в твердом растворе атомами легирующих элементов и примесей; σч — упрочнение, обусловленное частицами второй фазы; σт — сопротивление, обусловленное взаимодействием дислокации с точечными дефектами; σг — сопротивление, оказываемое движению дислокации границами зерен. Величина σa представляет собой сумму слагае- мых, которые не зависят или слабо зависят от температуры. Результаты расчета указанных выше физических величин показали следующее: вели- чина активационного объема исследуемых сплавов близка к b3 (b — вектор Бюргерса), т. е. механизм движения дислокаций в этих сплавах определяется напряжением Пайерлса– Набарро, как в ковалентных кристаллах и ОЦК-переходных металлах, что свидетельствует о большой доле ковалентной составляющей в межатомной связи. Энергия активации дви- жения дислокаций составляет 0,15–0,25 эВ, т. е. такого же порядка, как и для тугоплавких ОЦК-металлов. Характеристическая температура деформации t∗ и параметр α∗ несколько выше, чем для ОЦК-металлов, но значительно ниже, чем для ковалентных кристаллов и ке- рамических материалов. Кроме того, необходимо отметить, что исследуемые сплавы имеют высокое значение атермической компоненты предела текучести σa, существенно выше, чем для нелегированных ОЦК-переходных металлов. Эти особенности механизма деформации определяют достаточно резкую зависимость напряжения течения от температуры и более низкую пластичность по сравнению с ОЦК-металлами. Поскольку значения энергии активации движения дислокаций и активационного объема для интерметаллида Al63Ti26Cr11 и эвтектических сплавов на его основе близки к значениям этих величин для интерметаллидов Ni3Al и TiAl, можно предположить, что пластические свойства сплавов на основе этого интерметаллида могут быть улучшены путем легирова- ния и за счет структурных факторов подобно тому, как это было достигнуто для Ni3Al и TiAl. Таким образом, по температурным зависимостям твердости проведен термоактиваци- онный анализ процесса пластической деформации интерметаллидов алюминия Ni3Al, TiAl, Al63Ti26Cr11 (L12) и двух эвтектических (L12 + β) сплавов на основе интерметаллида Al63Ti26Cr11. Величина активационного объема исследуемых интерметаллидов алюминия Ni3Al, TiAl, Al63Ti26Cr11 близка к b3 (b — вектор Бюргерса), т. е. механизм движения дис- локаций в этих сплавах определяется напряжением Пайерлса–Набарро, как в ковалент- ных кристаллах и ОЦК-переходных металлах, что свидетельствует о большой доле ко- валентной составляющей в межатомной связи. Энергия активации движения дислокаций составляет 0,15–0,25 эВ, т. е. такого же порядка, как и для тугоплавких ОЦК-металлов. Ха- рактеристическая температура деформации t∗ и параметр α∗ (определяющий “жесткость” кристаллической решетки по отношению к движению дислокаций) несколько выше, чем для ОЦК-металлов, но значительно ниже, чем для ковалентных кристаллов и керамичес- ких материалов. Исследуемые сплавы имеют высокое значение атермической компоненты предела текучести σa, существенно выше, чем для ОЦК-переходных металлов. Значения энергии активации движения дислокаций и активационного объема для интерметаллида ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 109 Таблица 2 Материал U0 (U0эф), эВ V (Vэф) · 1024, см3 σкр(0), МПа σa, МПа Tпл, К T ∗, К t ∗ α ∗ b 3 · 1024, см3 Ni3Al 0,247 57 2168 1066 1658 600 0,362 1,726 16 TiAl 0,226 103 1576 1123 1753 600 0,342 1,499 23 Al63Ti26Cr11 (L12) 0,156 48 1724 774 1661 400 0,241 1,089 22 Al53Ti21Cr11 (L12 + β) 0,176 76 1905 1372 1574 680 0,432 1,296 — AlxTiyCrz (V, Mn, Re) (L12 + β) 0,149 51 1858 1073 1542 600 0,389 1,120 — Cr 0,20 44 725 200 2200 440 0,20 1,05 15,6 Mo 0,19 45 680 170 2880 490 0,17 0,77 20 W 0,49 57,5 1365 45 3653 675 0,18 1,556 20,6 Ta 0,30 89 540 210 3270 655 0,20 1,06 23,4 Fe, (C + N) < 0,01% 0,22 147 240 50 1808 300 0,17 1,412 15 110 IS S N 1 0 2 5 -6 4 1 5 R epo rts o f th e N a tio n a l A ca d em y o f S cien ces o f U kra in e, 2 0 0 8 , № 1 0 Al63Ti26Cr11 и эвтектических сплавов на его основе близки к значениям этих величин для интерметаллидов Ni3Al и TiAl. Указанные особенности механизма деформации определяют достаточно резкую зави- симость напряжения течения от температуры и более низкую пластичность по сравнению с ОЦК-металлами. Результаты проведенного исследования позволяют предположить, что пластические свойства сплавов на основе интерметаллида Al63Ti26Cr11 (L12) могут быть улучшены путем легирования подобно тому, как это было достигнуто для Ni3Al и TiAl. Автор выражает благодарность члену-корреспонденту НАН Украины профессору Ю.В. Миль- ману за обсуждение результатов исследования. 1. Yamaguchi M., Umakoshi Y. The deformation behaviour of intermetallic superlattice compounds // Progr. in Mater. Science. – 1990. – 34, No 1. – P. 1–148. 2. Гринберг Б.А., Иванов М.А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное по- ведение. – Екатеринбург: Ин-т физики металлов РАН, 2002. – 359 с. 3. Имаев В.М., Имаев Р.М., Кузнецов А.В. и др. Новые подходы к деформационно-термической обра- ботке литых интерметаллидных сплавов на основе γ-TiAl + α-Ti3Al // Физика металлов и металло- ведение. – 2005. – 100, № 2. – С. 51–62. 4. Barabash O.M., Milman Yu.V., Miracle D.B. et al. Formation of periodic microstructures involving the L12 phase in eutectic Al−Ti−Cr alloys // Intermetallics. – 2003. – 11. – P. 953–962. 5. Мильман Ю.В., Трефилов В.И. О физической природе температурной зависимости предела текуче- сти // Механизм разрушения металлов. – Киев: Наук. думка, 1966. – С. 59–76. 6. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких метал- лов. – Киев: Наук. думка, 1975. – 315 с. 7. Мильман Ю.В., Скляров О.Е., Удовенко А.П. и др. Исследования в области измерений микротвер- дости (Тр. Ин-та метрологии СССР). – Москва; Ленинград: Стандарты, 1967. – 91(151). – С. 167–169. 8. Гудцов Н.Т., Лозинский И. Г. Изучение процесса старения металлов и сплавов измерением твердости при нагреве в вакууме // Журн. техн. физики. – 1952. – 22, вып. 8. – С. 1249. Поступило в редакцию 22.04.2008Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 111

Температурная зависимость твердости интерметаллидов с участием Al и некоторых эвтектических сплавов на их основе

Institution

Ähnliche Einträge