Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni

Запропоновано оригінальну методику визначення якості контакту гетерокомпонентних матеріалів, що заснована на аналізі законів розповсюдження тріщини, яка введена в межу розділу. Абсолютні значення тріщиностійкості є кількісним показником якості контакту, а напрямок розповсюдження тріщини виявляє найс...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Подрезов, Ю.М., Лаптєв, А.В., Толочин, О.І., Євич, Я.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2012
Назва видання:	Электронная микроскопия и прочность материалов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63542
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni / Ю.М. Подрезов, А.В. Лаптєв, О.І. Толочин, Я.І. Євич // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 139-149. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-63542
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-635422014-06-04T03:01:40Z Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni Подрезов, Ю.М. Лаптєв, А.В. Толочин, О.І. Євич, Я.І. Запропоновано оригінальну методику визначення якості контакту гетерокомпонентних матеріалів, що заснована на аналізі законів розповсюдження тріщини, яка введена в межу розділу. Абсолютні значення тріщиностійкості є кількісним показником якості контакту, а напрямок розповсюдження тріщини виявляє найслабший структурний елемент в системі контакт—матриця. Проведені дослідження впливу температури імпульсного гарячого пресування на якість контакту в гетерокомпонентних композитах систем Cu—Nі та Ag—Ni показали, що в обох системах якість контакту суттєво підвищується із збільшенням температури. Якісний контакт в системі Cu—Ni утворюється при температурі 820 оС, а в системі Ag—Ni — при 730 °С. Предложена оригинальная методика определения качества контакта гетерокомпонентных материалов, которая основана на анализе законов распространения трещины, введенной в границу раздела. Абсолютные значения трещиностойкости являются количественным показателем качества контакта, а направление распространения трещины определяет слабейший структурный элемент в системе контакт—матрица. Проведенные исследования влияния температуры импульсного горячего прессования на качество контакта в гетеро-компонентных композитах в системах Cu—Ni и Ag—Ni показали, что в обеих системах качество контакта существенно увеличивается с повышением температуры. Качественный контакт в системе Cu—Ni создается при температуре 820 °С, а в системе Ag—Ni — при 730 °С. An original method for determination of contact quality in geterokomponent materials is proposed. This method based on an analysis of cracks propagation in the interface. The absolute values of crack resistance are quantitative indicators of the quality contact, and the direction of the crack propagation determines the weakest structural element in the contact matrix. The investigations of the influence of impulse hot pressing temperature on the quality of contact in geterokomponent system Cu—Ni, Ag—Ni showed that in both systems the quality of contact increases considerably with rise temperature. Hig-quality contact for Cu—N system is created at 820 °C, and for system Ag—Ni — 730 °С. 2012 Article Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni / Ю.М. Подрезов, А.В. Лаптєв, О.І. Толочин, Я.І. Євич // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 139-149. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. XXXX-0048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63542 621.762.4:620.18.539.4 uk Электронная микроскопия и прочность материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Запропоновано оригінальну методику визначення якості контакту гетерокомпонентних матеріалів, що заснована на аналізі законів розповсюдження тріщини, яка введена в межу розділу. Абсолютні значення тріщиностійкості є кількісним показником якості контакту, а напрямок розповсюдження тріщини виявляє найслабший структурний елемент в системі контакт—матриця. Проведені дослідження впливу температури імпульсного гарячого пресування на якість контакту в гетерокомпонентних композитах систем Cu—Nі та Ag—Ni показали, що в обох системах якість контакту суттєво підвищується із збільшенням температури. Якісний контакт в системі Cu—Ni утворюється при температурі 820 оС, а в системі Ag—Ni — при 730 °С.
format	Article
author	Подрезов, Ю.М. Лаптєв, А.В. Толочин, О.І. Євич, Я.І.
spellingShingle	Подрезов, Ю.М. Лаптєв, А.В. Толочин, О.І. Євич, Я.І. Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni Электронная микроскопия и прочность материалов
author_facet	Подрезов, Ю.М. Лаптєв, А.В. Толочин, О.І. Євич, Я.І.
author_sort	Подрезов, Ю.М.
title	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni
title_short	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni
title_full	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni
title_fullStr	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni
title_full_unstemmed	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni
title_sort	контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах cu—ni та ag—ni
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63542
citation_txt	Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni / Ю.М. Подрезов, А.В. Лаптєв, О.І. Толочин, Я.І. Євич // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2012. — Вип. 18. — С. 139-149. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.
series	Электронная микроскопия и прочность материалов
work_keys_str_mv	AT podrezovûm kontaktoutvorennâpriímpulʹsnomugarâčomupresuvannívporoškovihdvokomponentnihsistemahcunitaagni AT laptêvav kontaktoutvorennâpriímpulʹsnomugarâčomupresuvannívporoškovihdvokomponentnihsistemahcunitaagni AT toločinoí kontaktoutvorennâpriímpulʹsnomugarâčomupresuvannívporoškovihdvokomponentnihsistemahcunitaagni AT êvičâí kontaktoutvorennâpriímpulʹsnomugarâčomupresuvannívporoškovihdvokomponentnihsistemahcunitaagni
first_indexed	2025-07-05T14:19:33Z
last_indexed	2025-07-05T14:19:33Z
_version_	1836816976215801856
fulltext	139 УДК 621.762.4:620.18.539.4 Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni Ю. М. Подрезов, А. В. Лаптєв, О. І. Толочин, Я. І. Євич Запропоновано оригінальну методику визначення якості контакту гетерокомпонентних матеріалів, що заснована на аналізі законів розповсюдження тріщини, яка введена в межу розділу. Абсолютні значення тріщиностійкості є кількісним показником якості контакту, а напрямок розповсюдження тріщини виявляє найслабший структурний елемент в системі контакт—матриця. Проведені дослідження впливу температури імпульсного гарячого пресування на якість контакту в гетерокомпонентних композитах систем Cu—Nі та Ag—Ni показали, що в обох системах якість контакту суттєво підвищується із збільшенням температури. Якісний контакт в системі Cu—Ni утворюється при температурі 820 оС, а в системі Ag—Ni — при 730 оС. Ключові слова: контактоутворення, тріщиностійкість, імпульсне пресування. Вступ У попередніх роботах [1, 2] нами проаналізовано закономірності контактоутворення в однокомпонентних порошкових системах (порошковий титан) при імпульсному гарячому пресуванні (ІГП) і продемонстровано принципову можливість отримання якісних виробів за дуже короткий час — в декілька мілісекунд. Також було показано, що при ІГП високоякісний фізичний контакт формується при нижчих температурах, ніж при пресуванні і подальшому спіканні. Термомеханічна обробка в оптимальних умовах призводить до перекристалізації матеріалу в області міжчастинкових границь. Отримані за таких умов зразки руйнуються по тілу зерна, демонструючи ямковий механізм руйнування. Матеріали, отримані за цією технологією, практично не поступаються за механічними характеристиками їх аналогам, що отримують традиційними методами. Подальший розвиток цього напрямку передбачає створення гетерокомпонентних композицій, для яких умови формування контакту зумовлено взаємодією різнорідних атомів в області міжчастинкових границь. В даній роботі розглядаються закономірності утворення контакту на межі розділу різнорідних матеріалів, отриманих з використанням схеми ІГП. Досліджено умови контактоутворення в системах Cu—Ni, Ni— Ag30Ni і порошковому композиті Ag30Ni при різних температурах ІГП. Матеріали та методика Умови виготовлення вказаних різнорідних матеріалів, а також структура і механічні властивості композита Ag—30Ni, отриманого ударним пресуванням у вакуумі при різних температурах, викладені в роботі [3]. Зазначимо, що досліджувані зразки були комбіновані і спочатку складалися з трьох окремих частин: двох кілець з міді та нікелю © Ю. М. Подрезов, А. В. Лаптєв, О. І. Толочин, Я. І. Євич, 2012 140 Рис. 1. Вихідн мбіновані зразки u—Ni—Ag30Ni (а) та після ІГП (б). а б і ко C а б . 2. Комбінов зразки Cu—Ni—Ag30Ni, отримані уд им пресуванням Рис ані арн при температурі 730 оС та досліджені на триточковий згин (а) і розтяг (б). центральної частини з композита Ag—30Ni (рис. 1, а). Після зібранняі цих частин в одну заготовку проводилося її ущільнення методом ІГП при різних температурах з енергією удару 6—8 кДж. При такому процесі тривалість ущільнення складала 0,001—0,003 с. В результаті пресування отримано якісні комбіновані зразки (рис. 1, б), з яких були вирізані зразки для механічних випробувань (рис. 2). З практичної точки зору, отримані зразки можуть слугувати прикладом цікавого технічного рішення в ресурсозберігаючих технологіях. З наукової — отриманий зразок можна розглядати як класичний модельний об’єкт для дослідження якості контакту після ударного спікання гетерокомпонентних матеріалів. Це в рівній мірі важливе для оптимізації властивостей порошкового композита Ag30Ni, міцність і пластичність якого залежать від досконалості контакту між різнорідними порошинками, і для оцінки якості зв’язку в зовнішніх шарах на межах розділу мідь—нікель і нікель— композит Ag30Ni. Важливо, що експерименти виконувалися в широкому інтервалі температур ІГП, оскільки, як було показано нами в попередніх роботах [4], досконалість контакту залежить від температури пресування. Згідно з розвиненою нами в роботах [5—7] методологією, оцінки якості контакту в однокомпонентних системах, ступінь його досконалості можна визначити за результатами випробувань на тріщиностійкість крихких та квазікрихких матеріалів [5, 6] або при в’язкому руйнуванні — за величиною граничної деформації [7]. Ці механічні характеристики різко зростають з підвищенням температури спікання, а схильність до міжчас- тинкового руйнування зменшується. Враховуючи це, запропоновано харак- 141 нео зразків на тріщино- стій м я ГЩП матеріалів E і σт — модуль пруж н атеріа едено механічні вип якості контакту в системі Cu—Ni Дані про ості міді та нікелю пред ностійкості від температури випробу- ван теризувати схильність матеріалу до формування якісного контакту темпера- турою, при якій тріщиностійкість досягає 50% від максимального значення. Для гетерокомпонентних систем це завдання ускладнюється тим, що, окрім контактів між однокомпонетними складовими порошкової системи, бхідно враховувати закони контактоутворення на межі розділу між різнорідними складовими. У випадку, що розглядається нами, область межі розділу добре помітна візуально і введення тріщини в цю область не ускладнюється малим розміром окремих порошинок. Із розглянутих підходів до методу оцінки якості контакту в порошко- вих матеріалах в цій роботі нами обрано випробування кість. Випробування проводили по схемі триточкового згину. Тріщину вводили електроерозійним методом в межу розділу між структурними складовими. Електроерозійний метод введення тріщини забезпечив її атомну гостроту. Незважаючи на відносно малий розмір зразків для випро- бувань, завдяки низькоенергетичному міжчастинковому характеру руй- нування і прямолінійному шляху поширення тріщини вимоги механіки руйнування до розмірів зразків [8] надійно виконувались для пресовок, отриманих при низьких і середніх температурах ІГП. Але по мірі формування досконалого контакту тріщиностійкість різко підвищувалась і при досягненні значень К1с > 20 МПа вимоги механіки руйнування не виконувались. Тому для оцінки тріщиностійкості використовували критерій Хана—Розенфілда [9], згідно з яким тріщиностійкість може бути розрахована за результата и випробувань на одновісний розтяг з використанням формули K1с = n[3E σт er d/2]½, (1) де — показник деформаційногоn зміцнення (дл n ≈ 1); ності і границя пли ності м лу; e r — деформація до руйнування; d — розмір порошку 60 мкм. Для порівняльного аналізу механічної поведінки порошкових міді та нікелю і межі розділу мідь—нікель додатково пров робування на розтяг, згин та тріщиностійкість пресовок з порошків чистих металів після їх обробок за технологією ІГП. Методика подібних досліджень детально описана раніше у роботах [4—7], де вивчали порошкові залізо і титан. Для аналізу закономірностей розповсюдження тріщини використовували оптичну металографію та скануючу електронну мікроскопію. Результати експериментів та їх обговорення Дослідження вплив температури ІГП на механічні властив ставлено у табл. 1 і 2. За результатами експериментів на тріщиностійкість та за даними табл. 1 та 2 побудовано залежності тріщи ь для міді та нікелю (рис. 3). Обидві залежності мають чітко виражений S-подібний характер. На представлених даних видно, що для міді темпе- ратура ІГП, при якій спостерігається різке зростання тріщиностійкості, приблизно на 200 оС нижче, ніж для нікелю. Зменшення міжчастинкового руйнування в міді відбувається після пресування при 300 оС, а у нікеля — при 500 оС. Слід зазначити, що після високотемпературного ІГП пресовки Т а б л и ц я 1. Механічні властивості міді при випробу- Т а б л и ц я 2. Механічні властивості нікелю при випробу- 142 Р ванні на згин та розтяг Згин озтяг t, оС σ0, МП σ0, М 2, а ε, % 2, Па er 20 600 0,9 — — 200 580 1,7 — ванні на згин та розтяг Згин Розтяг t, оС σ0,2, МП σ0, МПа ε, % 2, а er 250 720 0,8 — — 450 700 1,4 — — 450 557 >11 326 0,49 650 246 >12 176 1,33 750 180 >12 164 1,21 850 190 >12 155 1,32 950 236 >12 145 1,16 1050 1 138,5 >12 36,5 1,36 — 550 650 >11,5 0,31 435 650 452 >11,6 0,76 312 730 359 >14,4 327 1,03 810 329 >14,6 333 1,16 890 305 >12 308 1,59 і е т ямковий е у я, ин - і рівнянням (1), виявляється помітно вищою, н к ікелю сть нікелю міді д , розрахована монс рують за характ р руйн ванн тріщ остій ніж у міді, завдяки більш високому модулю пружності і границі плинності. На рис. 3 наведено дані про тріщиностійкість межі розділу мідь— нікель, які отримані за результатами випробування зразків з тріщиною, що введена в межу розділу між міддю та ні- келем. Тріщиностійкість межі розділу також збільшується зі зростанням температури ІГП. При низькій температурі ІГП (450 оС) Рис. 3. Залежність тріщиностійкості міді (♦) і нікелю (■) та межі розділу Cu—Ni (▲) від температури ІГП. а б в г Рис. 4. Розповсюдження тріщини в області межі розділу Cu—Ni після ІГП при температурах 450 (а), 550 (б), 730 (в) та 830 оС (г). t, оС К 1с , М П а· м1/ 2 143 тріщиностійкість межі розділу значно нижче тріщиностійкості міді, але практично співпадає з такою для нікелю. Тому з боку міді на зламі спостерігаються фрагменти, що містять нікель (рис. 4, а). В досить широкому інтервалі температур (550—730 оС) тріщиностійкість межі розділу помітно поступається за величиною тріщиностійкості пресовок з міді та нікелю. Внаслідок цього після таких режимів ІГП тріщина поширюється строго уздовж межі розділу, про що свідчать результати растрової електронної скопії, що наведені на рис. 4, , в о у, и, о отрим рівняння тако мікро б . При температурах ІГП вище 830 С міжформується досконалий контакт пресовками міді та нікелю. Тріщина, введена в область межі розділ огинає її і повільно поширюється по мідній пресовці. Руйнування носить ямковий характер (рис. 4, г). Отже, при вказаній температурі фізич- ний контакт на межі розділу між порошинками міді та нікелю має більш високі властивості, ніж контакт між однорідними порошинками міді. Дослідження якості контакту в системі Ni—Ag30Ni Властивості межі розділу між порошком нікелю і композитом Ag30Ni досліджували за методикою, за якою вивчали контакти у системі Cu—Ni. В табл. 3 наведено результати ипробв ування на одновісний розтяг пресовок композита Ag30Ni після ІГП при різних температурах. Також для порівняння в таблиці наведено результати випробування пресовок срібла та нікелю після ІГП при 730 оС. Результати експериментів по дослідженню тріщиностійкості композита та Ag30Ni наведено на рис. 5. Тріщиностійкість композита визначали як прямим експериментом, так і за розрахунком за рівнянням (1) за даним щ ані після випробування на одновісний розтяг. Для по ж наведено дані про зміну тріщиностійкості нікелю. Як видно з графіка, практично для усіх температур пресування тріщиностійкість нікелю значно вища, ніж у композита Ag30Ni. Ця відмінність виявилася настільки значною, що не дозволила визначити тріщиностійкість межі розділу між Ni і Ag30Ni, оскільки тріщина, введена Рис. 5. Залежність тріщиностійкості Ni— Ag30Ni від температури ІГП, розрахована за формулою (1) (■) та прямим методом (▲): ♦ — дані для Ni. Т а б л и ц я 3. Механічні властивості композита Ag30Ni при випробуванні на розтяг Матеріал t, оC σ0,2, МПа σВ, МПа ε, % Ψ er Ag30Ni 550 349 360 1 1 0,01 Ag30Ni 650 266 308 2,2 3 0,03 Ag30Ni 730 219 288 6,2 18 0,19 Ag30Ni 810 197 281 9,8 32,5 0,37 Ag30Ni 890 178 273 10 0,43 35,5 Ag 730 123 161 19,5 1,46 78,9 Ni 730 357 515 15,7 69,7 1,13 t, оС К 1с , М П а· м1/ 2 144 ційному матеріалу. нк сті g— ами б виготовлена пресовка яко з периферійне кільце з Пресовку підд П пр 0 оС, чого неї ви о зр випробуванн ошков срібла розтяг також і ро ібло кель н иност ть. Ек имент оказал , як дку котем урної деформації еми C i, в с і A и их температурах муєть доско кон і введ в меж зділу на н ирю уздо ощи о розділяє різнорідні мета а руха по більш ої йкості від температури в ком від температури ІГП в область межі розділу, відхилялася від прямолінійної траєкторії і поширювалася по компози Для оці серцевина и яко контакту в ла системі A чи срібла Ni н ула , нікелю. ї бу али ІГ стого и 73 , а після — різан з азки для я пор ого на , а меж зділу ср —ні а тріщ ійкіс спер и п и, що і у випа висо перат сист u—N истем g—Ni пр висок фор ся налий такт ена у ро тріщи е пош ється вж пл ни, щ ли, ється тілу м’якої срібн пресовки. Руйнування носить ямковий характер (рис. 6). Враховуючи, що залежність тріщиності позиті Ag30Ni має S-подібний вигляд, як і для чистих матеріалів, та при цьому різке збільшення тріщиностійкості спостерігається при температурі 730 оС, можна зробити висновок, що вище цієї температури в композиційному матеріалі формується досконалий контакт, як між частинками порошку одного металу, так і між різнорідними порошинками. Утворення якісного контакту суттєво поліпшує комплекс механічних властивостей композита. За результатами механічних випробувань композита Ag30Ni побудовано залежності впливу температури ІГП на міцність та пластичність (рис. 7). На рис. 7, а наведено залежність границі текучості . Видно, що вона з підвищенням температури поступово знижується. При цьому можна виділити два інтервали температур: при низьких темпе- ратурах границя текучості пресовок складає ~350—300 МПа, а при температурах вище 730 оС — ~200 МПа. Це можна пояснити впливом тем- ператури на процеси перекристалізації, що відбуваються під час високотемпературної деформації. При низьких температурах формується деформаційна субструктура, яка не встигає кристалізуватись в зеренну. При більш високих емпературат х спостерігається динамічна рекристаліза- ція матеріалу. Цей процес сприяє, з одного боку, отриманню достатньо мілких зерен, з іншого — утворенню досконалого Рис. 6. Ямковий характер руйнування по матриці срібла. а б в Рис. 7. Вплив температури ІГП н цію (б) та пластичність (в). а: границю текучості (а), відносну деформа- 145 ис. 8. Умовні діаграми наванта- ження Ni (1 — 730 оС), Ag30Ni (2 — 650 оС, 3 — 730 оС, 4 — 810 оС, 5 — 890 оС ) та Ag (6 — 730 оС). контакту. Як зазначалось раніше, формування доскона- лого контак веде до різкого Р ту я плазбільшенн стичності. Резуль- тати вимірюваня пластичності та її залежність від температури ІГП (рис. 7, б, в) показують, що 0 100 200 300 400 500 0 0,1 0,2 0,3 σ, МПа 1 ε, % 2 3 4 5 чинається з температури 730 оС. Таким ння 730—810 оС є найбільш оптимальним ля отримання матеріалів з високою міцністю та пластичністю. Однак слід зазначити, що композит Ag30Ni, створений з порошків Ag онс б ластичність в порівнянні з заготовками х режимах ІГП. Це видно з умовних рис. 8. іали з вихідних порошків демонструють е яка приблизно в 3 рази більша, ніж льки, як відзначалось, пластичність або ьш суттєво впливають на конструкційні ричин цьо руйнування макрорельєф з зага руй 6 значне підвищення пластичності по чином, інтервал температур пресува д та Ni, дем трує ільш низьку п срібла і нікелю при оптимальни діаграм навантаження, наведених на Як випливає з табл. 3, матер надзвичайно високу пластичність ( у композиційного матеріалу. Оскі деформація до руйнування найбіл > 1), властивості виробів (тріщиностійкість та ударну вязкість), можна зробити висновок, що композиційний матеріал по цих характеристиках значно поступається однокомпонентним пресовкам. Для встановлення п го ефекту додатково проводили фрактографічні дослідження зразків пресовок Ni, Ag та Ag30Ni, отриманих методом ІГП при температурі 730 оС. Загальний вигляд поверхні зруйнованих зразків наведено на рис. 9. Спостерігається характерний для ямкового льною назвою “чашка—конус”. У зразку з пресовки Ag руйнування відбувається з утворенням великої шийки, а центральна частина зразка формує глибокий отвір (рис. 9, а). Пресовка з Ni також руйнується з утворенням великої шийки (рис. 9, б), але за межами приповерхневої части- ни зламу, де виявлено фрагменти зсувного руйнування, в центральній частині зламу суттєвих нерівностей поверхні не видно. Пресовка композита Ag30Ni демонструє незначну шийку (рис. 9, в) з ознаками нерівностей поверхні розповсюдження тріщини. Аналіз досліджених зразків показав, що в усіх трьох випадках нування носить ямковий характер (рис. 10). Розмір ямок у всіх зразках а б в Рис. 9. Загальний вигляд зламів зразків Ag (а), Ni (б) та Ag—Ni (в). а б 146 в г Ри йнування пресово Ag (а i (в, г) після ІГП. знаходиться в межах 5—0,5 мкм. В окремих ямках спостерігаються частинки, які слугують джерелом зародження пор. У зразку композиційного матеріалу Ag30Ni на фоні ямкового руйнування виникає макрорельєф, який свідчить про складний шлях розповсюдження ямкової тріщини. Ця особливість руйнування композита зумовлена значною відмінністю структурних складових (Ag—Ni) по параметрах міцності. Як випливає з табл. 3, границя текучості Ag складає 123 МПа, Ni — 357 МПа. Така невідповідність механічних структурних складови д до того, що в процесі навантаження пластична деформація переважно кон ової деградації композита і його руйнування по матриці Ag в обхід нікелевих с. 10. Ямкове ру к ), Ni (б), Ag—N 2,5 мкм 2,5 мкм 5 мкм 1 мкм властивостей х ве е центрується в більш м’якому Ag. Це призводить до поступ порошинок. Ці особливості руйнування суттєво зменшують деформацію композита в порівнянні з однокомпонентними матеріалами. Для пояснення отриманих значень напруження та деформації в композиті використовували модель М. Б. Штерна з співробітниками, запропоновану в роботі [10]. У відповідності до розвинутих в цій роботі уявлень деформуюче напруження в композиті може бути визначено з урахуванням деформування, що відбувається у кожному структурному елементі композиції. Згідно з цією концепцією, розрахункова формула для максимального напруження може бути представлена у вигляді .σ3,0σ7,0 7,03,0 σ Ni Ni Ag Ag AgNi ком GGGG += + (2) Підставляючи в формулу (2) відповідні значення з таб 222 л. 3 та врахо- вуючи, що модуль зсуву G для Ni складає 80 ГПа, а для Ag — 30 ГПа, отримуємо максимальне напруження для композита σв = 280 МПа, що добре узгоджується з результами експерименту. Рис. 11. Істинна крива деформаційного зміцнення срібла. 147 Значно складніше пояснити отримані екс- периментальні значення граничної деформації. В більшості моделях, що описують ямкове руйну- вання композитів, при- пускається наявність слабкої межі розділу між елементами композита (наприклад, моделі Герланда [11, 12], Штерна 10]) і, як наслідок, виникнення тріщин чи пор на таких межах. В наших ос х ілу міцніша за структурні складові композита. идшене утворення пор, що передує ямковому я не на самій межі, а в приграничній зоні збоку а поведінка матеріалу зумовлена концентрацією ії в цій зоні через різницю модулів зсуву та ладових композита. Для точного вирішення цієї ести складний комп’ютерний розрахунок розділу в приконтактній зоні, як це зроблено, наприклад, з м [ д лідження межа розд В цьому випадку пришв руйнуванню, відбуваєтьс більш м’якого срібла. Так напруження та деформац деформуючої напруги ск проблеми необхідно пров напружень та деформації у роботі [13]. σіст σіст Значення деформації в момент руйнування композита можна визначити, якщо врахувати, що концентрація напружень для границі структурних елементів композита приблизно дорівнює відношенню моду- лів зсуву. Оскільки, як уже було вказано, модуль зсуву нікелю в 2,5 рази більший за модуль срібла, слід очікувати саме таку концентрацію напруги на межі розділу. Для кількісного розрахунку граничної деформації в момент руйнування композита скористуємось істинною кривою наванта- ження срібла (рис. 11). Її початкова ділянка розраховується з умовної діаграми, а кінцева — з урахуванням значення істинних руйнуючої напруги та деформації в момент руйнування. Якщо врахувати, що в момент руйнування в приграничних зонах концентрація напруги в 2,5 рази перевищує прикладене напруження, начення деформації в омент руйнування композита можна визначити на істинній кривій з урахуванням цього перенапруження. Як видно на рис. 11, це значення складає er = = 0,35. Розраховане значення звуження в момент руйнування Ψ = 28% добре узгоджується з даними експерименту (табл. 3) і свідчить про працездатність вибраних моделей. Висновки Проведені дослідження впливу температури імпульсного гарячого пресування на якість контакту в гетерокомпонентних системах Cu—Ni, Ni—Ag показали, що в обох системах якість контакту суттєво підвищу- ється зі збільшенням температури. Якісний контакт у випадку системи Cu—Ni утворюється при температурі 820 оС, а в системі Ni—Ag — при 730 оС. 148 існим показником якості контакту, а напрямок розповсюдження тріщини виявляє найслабший структурний елемент в системі контакт—мат ті виявляється вищою, ніж у Cu, і, як наслідок, тріщина розп и І чить про утворення досконалого кон і нтними матеріалами не є свідченням утво татами експериментів. ., Лаптев А. В. и др. Закономерности 5. 6. . — 175 с. Запропоновано оригінальну методику визначення якості контакту гетерокомпонентних матеріалів, що основана на аналізі законів розповсюдження тріщини, яка введена в межу розділу. Абсолютні значення тріщиностійкості є кільк риця. Показано, що залежність тріщиностійкості від температури ІГП має S-подібний характер, точка перегину відповідає моменту утворення якісного контакту. В системі Cu—Ni точка перегину для чистих компо- нентів знаходиться при значно нижчих температурах, ніж для компо- зита. При високих температурах ІГП тріщиностійкість контакту в компози овсюджується в мідну матрицю. В композитах Ni—Ag30Ni пр всіх температурах ГП найслабшою ланкою є композиція Ag30Ni. Тріщина розповсюджується по композиту, оминаючи межу розділу Ni—Ag30Ni. Температурна залежність тріщиностійкості композита Ag30Ni також має S-подібний характер, що свід такту між окремими порошинками при температурі 730 оС. Фракто- графічний аналіз межі розділу Ni—Ag показав, що при цій температурі ІГП тріщина розповсюджується в більш м’яку срібну матрицю, яка руйнується по ямковому механізму. Запропоновано фізико-механічну модель формування механічних властивостей в композит Ni—Ag30Ni. Зниження механічних властивостей композита у порівнянні з однокомпоне рення недосконалого контакту, а зумовлено перерозподілом напруження та деформацій в приконтактній зоні. Проведені розрахунки напруження та деформації добре узгоджуються з резуль 1. Подрезов Ю. Н., Назаренко В. А., Лаптев А. В. и др. Механические свойства порошкового титана на разных стадиях его получения. IV. Физико- механические свойства и закономерности контактообразования в порошковом титане, полученном горячим динамическим прессованием // Порошковая металлургия. — 2009. — № 5/6. — С. 60—68. 2. Подрезов Ю. Н., Назаренко В. А контактообразования в порошковом титане при горячей деформации // Физика и техника высоких давлений. — Донецк, 2009. — 19, № 3. — С. 12—23. 3. Лаптев А. В., Крячко Л. А., Толочин А. И. и др. Сравнение структуры и механических свойств обычного и ультрадисперсного композитов Ag30Ni, полученных методом ударного спекания // Металлофизика и новейшие технологии. — 2012. — В печати. 4. Борисовская Е. М., Назаренко В. А., Подрезов Ю. Н. и др. Механические свойства порошкового титана на разных стадиях его получения. II. Меха- ническое поведение пористых титановых прессовок // Порошковая металлургия. — 2008. — № 9/10. — С. 45—54. Фирстов С. А., Иващенко Ю. Н., Подрезов Ю. Н. и др. Межчастичное разрушение железных порошковых материалов // Там же. — 1991. — № 4. — С. 71—79. Фирстов С. А., Демидик А. Н., Иванова И. И. и др. Структура и прочность порошковых материалов / Под ред. С. А. Фирстова, М. Шлесара. — К.: Наук. думка, 1993 149 // Порошковая металлургия. — 2009. — 7. Подрезов Ю. М., Назаренко В. А., Евич Я. И., Вдовиченко А. В. Механические свойства порошкового титана на разных стадиях его получения. ІІІ. Влияние технологических и структурных параметров порошкового титана на законо- мерности контактообразования № 3/4. — С. 100—113. Нотт Дж. Ф. 0сновы механики разрушения. — М.: Металлургия, 1978. — 255 с. Hahn G. T., Rosenfield A. R. The influence of fin 8. 9. e dispersion on the cleavage // 10. о композиционного материала. II. Определяющие соотношения // 11. 12. е композитов с дисперсными частицами в металлической 13. .: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. — в емах Cu—Ni и Ag—Ni кта элем тем ком ист ественно увеличивается с повышением тем- т К е прессова g ponent system Cu—Ni, h i 0 i —730 оC. Keywords: contact formation, crack resistance, impulse pressing. Trans. AIME. — 1967. — 239. — P. 668—674. Кудела С., Штерн М. Б., Ивлев Ю. А. Модель нелинейно-упругого поведения порошковог Порошковая металлургия. — 1995. — № 3/4. — С. 85—89. Gurland J., Plateau J. // Trans. Amer. Soc., Metals. — 1963. — 56. — 442 р. Герланд Дж. Разрушени матрице // Композиционные материалы. — М.: Мир, 1976. — С. 105—130. Штерн М. Б., Кузьмов А. В., Фролова О. Г., Вдовиченко А. В. Моделирование упругого поведения порошковых материалов при наличии обьемных и плос- ких пор // Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении. — К 2005. — Вып. 7. — С. 11—16. Контактообразование при импульсном горячем прессовании порошковых двухкомпонентных сист Ю. Н. Подрезов, А. В. Лаптев, А. И. Толочин, Я. И. Евич Предложена оригинальная методика определения качества конта гетерокомпонентных материалов, которая основана на анализе законов распространения трещины, введенной в границу раздела. Абсолютные значения трещиностойкости являются количественным показателем качества контакта, а направление распространения трещины определяет слабейший структурный ент в системе контакт—матрица. Проведенные исследования влияния пературы импульсного горячего прессования на качество контакта в гетеро- понентных композитах в системах Cu—Ni и Ag—Ni показали, что в обеих емах качество контакта сущс пературы. Качественный контакт в системе Cu—Ni создается при емпературе 820 0С, а в системе Ag—Ni — при 730 оС. лючевые слова: контактоообразование, трещиностойкость, импульсно ние. Contact formation of pulsed hot pressin powders geterokomponent systems Cu—Ni and Ag—Ni Yu. N. Podrezov, А. V. Laptev, А. I. Tolochin, Y. I. Yevich An original method for determination of contact quality in geterokomponent materials is proposed. This method based on an analysis of cracks propagation in the interface. The absolute values of crack resistance are quantitative indicators of the quality contact, and the direction of the crack propagation determines the weakest structural element in the contact matrix. The investigations of the influence of impulse hot pressing temperature on the quality of contact in geterokom n fAg—Ni showed that i both systems the quality o contact increases considerably with rise temperature. Hig -quality contact for Cu—N system is created at 82 оC, and for ystem Ag—Ns

Контактоутворення при імпульсному гарячому пресуванні в порошкових двокомпонентних системах Cu—Ni та Ag—Ni

Репозитарії

Схожі ресурси