Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al

Впервые изучены механические свойства интерметаллида Nd₃Al, полученного аргонно-дуговой плавкой. Показано, что исследованный интерметаллид обладает довольно высокой прочностью (540 МПа) в сочетании с высокой для интерметаллидов трещиностойкостью (7,8 МПа∙м¹/²) и пластичностью при повышенных температ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Электронная микроскопия и прочность материалов
Дата:	2014
Автори:	Чугунова, С.И., Цивилицин, В.Ю., Мильман, Ю.В., Гончарук, В.А., Власов, А.А., Самелюк, А.В., Ефимов, Н.А., Гончарова, И.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2014
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114286
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:	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al / С.И. Чугунова, В.Ю. Цивилицин, Ю.В. Мильман, В.А. Гончарук, А.А. Власов, А.В. Самелюк, Н.А. Ефимов, И.В. Гончарова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2014. — Вип. 20. — С. 93-99 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114286
record_format	dspace
spelling	Чугунова, С.И. Цивилицин, В.Ю. Мильман, Ю.В. Гончарук, В.А. Власов, А.А. Самелюк, А.В. Ефимов, Н.А. Гончарова, И.В. 2017-03-05T18:32:08Z 2017-03-05T18:32:08Z 2014 Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al / С.И. Чугунова, В.Ю. Цивилицин, Ю.В. Мильман, В.А. Гончарук, А.А. Власов, А.В. Самелюк, Н.А. Ефимов, И.В. Гончарова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2014. — Вип. 20. — С. 93-99 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос. XXXX-0048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114286 538.951.405;620.178.015 Впервые изучены механические свойства интерметаллида Nd₃Al, полученного аргонно-дуговой плавкой. Показано, что исследованный интерметаллид обладает довольно высокой прочностью (540 МПа) в сочетании с высокой для интерметаллидов трещиностойкостью (7,8 МПа∙м¹/²) и пластичностью при повышенных температурах. Наличие достаточной пластичности и низкая температура плавления позволяют использовать Nd₃Al в качестве пластифицирующей добавки при изготовлении постоянных магнитов системы Nd—Fe—B жидкофазным спеканием. Вперше вивчено механічні властивості інтерметаліду Nd₃Al, який отримано аргонно-дуговим плавленням. Показано, що досліджений інтерметалід має досить високу міцність (540 МПа) в поєднанні з високою для інтерметалідів тріщиностійкістю (7,8 МПа∙м¹/²) та пластичністю при підвищених температурах. Наявність достатньої пластичності та низька температура плавлення надають можливість використання Nd₃Al в якості пластифікаційної добавки при виготовленні постійних магнитів системи Nd—Fe—B рідкофазним спіканням. The mechanical properties of the intermetallic Nd₃Al, obtained by argon arc melting are firstly investigated. It is shown that the investigated intermetallic has a quite high strength (540 MPa) in combination with high, for intermetallic, fracture toughness (7,8 MPa∙m¹/²) and plasticity at elevated temperatures. The sufficient plasticity and low melting point of Nd₃Al allows to use it as a plasticizer at manufacture of permanent magnets of Nd—Fe—B by liquid phase sintering. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электронная микроскопия и прочность материалов Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al Структура та механічні властивості інтерметаліду Nd₃Al Structure and mechanical propeties of intermetallic Nd₃Al Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al
spellingShingle	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al Чугунова, С.И. Цивилицин, В.Ю. Мильман, Ю.В. Гончарук, В.А. Власов, А.А. Самелюк, А.В. Ефимов, Н.А. Гончарова, И.В.
title_short	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al
title_full	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al
title_fullStr	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al
title_full_unstemmed	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al
title_sort	структура и механические характеристики интерметаллида nd₃al
author	Чугунова, С.И. Цивилицин, В.Ю. Мильман, Ю.В. Гончарук, В.А. Власов, А.А. Самелюк, А.В. Ефимов, Н.А. Гончарова, И.В.
author_facet	Чугунова, С.И. Цивилицин, В.Ю. Мильман, Ю.В. Гончарук, В.А. Власов, А.А. Самелюк, А.В. Ефимов, Н.А. Гончарова, И.В.
publishDate	2014
language	Russian
container_title	Электронная микроскопия и прочность материалов
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format	Article
title_alt	Структура та механічні властивості інтерметаліду Nd₃Al Structure and mechanical propeties of intermetallic Nd₃Al
description	Впервые изучены механические свойства интерметаллида Nd₃Al, полученного аргонно-дуговой плавкой. Показано, что исследованный интерметаллид обладает довольно высокой прочностью (540 МПа) в сочетании с высокой для интерметаллидов трещиностойкостью (7,8 МПа∙м¹/²) и пластичностью при повышенных температурах. Наличие достаточной пластичности и низкая температура плавления позволяют использовать Nd₃Al в качестве пластифицирующей добавки при изготовлении постоянных магнитов системы Nd—Fe—B жидкофазным спеканием. Вперше вивчено механічні властивості інтерметаліду Nd₃Al, який отримано аргонно-дуговим плавленням. Показано, що досліджений інтерметалід має досить високу міцність (540 МПа) в поєднанні з високою для інтерметалідів тріщиностійкістю (7,8 МПа∙м¹/²) та пластичністю при підвищених температурах. Наявність достатньої пластичності та низька температура плавлення надають можливість використання Nd₃Al в якості пластифікаційної добавки при виготовленні постійних магнитів системи Nd—Fe—B рідкофазним спіканням. The mechanical properties of the intermetallic Nd₃Al, obtained by argon arc melting are firstly investigated. It is shown that the investigated intermetallic has a quite high strength (540 MPa) in combination with high, for intermetallic, fracture toughness (7,8 MPa∙m¹/²) and plasticity at elevated temperatures. The sufficient plasticity and low melting point of Nd₃Al allows to use it as a plasticizer at manufacture of permanent magnets of Nd—Fe—B by liquid phase sintering.
issn	XXXX-0048
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114286
citation_txt	Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al / С.И. Чугунова, В.Ю. Цивилицин, Ю.В. Мильман, В.А. Гончарук, А.А. Власов, А.В. Самелюк, Н.А. Ефимов, И.В. Гончарова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2014. — Вип. 20. — С. 93-99 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT čugunovasi strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT civilicinvû strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT milʹmanûv strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT gončarukva strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT vlasovaa strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT samelûkav strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT efimovna strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT gončarovaiv strukturaimehaničeskieharakteristikiintermetallidand3al AT čugunovasi strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT civilicinvû strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT milʹmanûv strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT gončarukva strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT vlasovaa strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT samelûkav strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT efimovna strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT gončarovaiv strukturatamehaníčnívlastivostííntermetalídund3al AT čugunovasi structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT civilicinvû structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT milʹmanûv structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT gončarukva structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT vlasovaa structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT samelûkav structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT efimovna structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al AT gončarovaiv structureandmechanicalpropetiesofintermetallicnd3al
first_indexed	2025-11-26T11:43:54Z
last_indexed	2025-11-26T11:43:54Z
_version_	1850619874959687680
fulltext	93 УДК 538.951.405;620.178.015 Структура и механические характеристики интерметаллида Nd3Al С. И. Чугунова, В. Ю. Цивилицин, Ю. В. Мильман, В. А. Гончарук, А. А. Власов, А. В. Самелюк, Н. А. Ефимов, И. В. Гончарова Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев, e-mail: irina@ipms.kiev.ua Впервые изучены механические свойства интерметаллида Nd3Al, полученного аргонно-дуговой плавкой. Показано, что исследованный интерметаллид обладает довольно высокой прочностью (540 МПа) в сочетании с высокой для интерметаллидов трещиностойкостью (7,8 МПа⋅м1/2) и пластичностью при повышенных температурах. Наличие достаточной пластичности и низкая температура плавления позволяют использовать Nd3Al в качестве пластифи- цирующей добавки при изготовлении постоянных магнитов системы Nd—Fe—B жидкофазным спеканием. Ключевые слова: интерметаллид Nd3Al, прочность, твердость, температура, деформация. Введение Необходимость в выплавке лигатуры Nd3Al возникла при изготовлении постоянных спеченных магнитов системы Nd—Fe—B жидкофазным спеканием. Постоянный магнит с высокими магнитными свойствами представляет собой зерна магнитожесткой фазы Nd2Fe14B определенного гранулометрического состава, которые отделены друг от друга немагнитной фазой, обогащенной неодимом. Такая немагнитная фаза необходима для получения высокой коэрцитивной силы в спеченных магнитах, но она сильно подвержена коррозии при нормальных условиях. Литой магнитный сплав при хранении на воздухе при обычной влажности разрушается в течение нескольких недель. Причиной этого оказывается окисление богатой неодимом фазы. Этот процесс подробно изучен в работе [1]. Нами предпринята попытка создать постоянные магниты по так называемой двухфазной технологии. Отдельно выплавляли однофазный сплав состава Nd2Fe14B и легкоплавкую добавку для жидкофазного спекания и создания высокой коэрцитивной силы в спеченных магнитах. В качестве легкоплавкой добавки выбран интерметаллид Nd3Al, поскольку он позволяет, во-первых, проводить спекание при более низкой температуре, а во-вторых, защищает неодим от окисления. Сплав Nd3Al может годами храниться при нормальных условиях без изменений химического и фазового состава. Технология получения нового магнитотвердого сплава включает процесс измельчения слитка Nd3Al. Этот процесс требует знания механического поведения интерметаллида. Поэтому цель данного исследования и состояла в изучении механических свойств интерметаллида Nd3Al. © С. И. Чугунова, В. Ю. Цивилицин, Ю. В. Мильман, В. А. Гончарук, А. А. Власов, А. В. Самелюк, Н. А. Ефимов, И. В. Гончарова, 2014 94 Материал и методика В соответствии с двойной диаграммой состояния Nd—Al [2] (рис. 1) выбран интерметаллид состава Nd3Al и подготовлена шихта. В качестве исходных материалов использовали неодим металлический марки НМ-1 (ТУ-48-4-205-72) и алюминий (99,999%). Слиток сплава получен в аргонно-дуговой плавильной печи. Фазовый состав интерметаллида Nd3Al исследовали на дифрактометре ДРОН-УМ1 в монохроматическом CuKα- излучении, структуру образцов — методом оптической и сканирующей электронной микроскопии. Микротвердость определяли при комнатной температуре на микротвердомере ПМТ-3, а при повышенных температу- рах (20—550 оС) — в установке ВИМ-1 [3] индентором Виккерса при нагрузке 2 Н. Твердость при низких температурах (в жидком азоте) измеряли на специальной установке, разработанной в работе [4]. Каждое значение твердости получено в результате усреднения 8—10 измерений. Характеристики прочности и пластичности исследуемых образцов изучали при испытании на трехточечный изгиб. При этом определены пределы текучести σ0,2 и прочности σВ, а также пластичность до разрушения δ (%). Механическое напряжение σ в образце (для крайних волокон) вычисляли по формуле 2 5,1 bh PL =σ , (1) где Р — нагружение, приложенное к образцу; L — расстояние между опорами, равное 18 мм; b и h — соответственно ширина и высота образца (4х1,5 мм). Относительную деформацию крайних волокон образца при изгибе определяли как 2 6 L hf =ε , (2) где f — стрела прогиба. Модуль нормальной упругости Е также определяли при испытании образцов на изгиб, погрешность составила 3,5%. Трещиностойкость К1с Рис. 1. Диаграмма состояния Al—Nd. 95 исследовали при испытании образцов на изгиб с надрезом, точность определения — ±5%. Пластическое поведение интерметаллидов можно изучать методом индентирования. В работе [5] предложено характеризовать пластичность безразмерным параметром δН, который равен доле пластической деформации в общей упругопластической деформации под индентором. Для индентора Виккерса [5] ( ) E HV H 2213,141 ν−ν−−=δ , (3) где HV — твердость; ν — коэффициент Пуассона; Е — модуль Юнга. Характеристика пластичности δН, определенная методом индентирования, получена при исследовании влияния температуры на твердость в интервале –196…550 оС. Для получения деформационной кривой при комнатной температуре малопластичного интерметаллида Nd3Al использована методика построения кривых деформации методом индентирования [6]. Экспериментальные результаты и их обсуждение Выполненный рентгеноструктурный анализ показал, что полученный интерметаллид Nd3Al состоит из нескольких фаз (рис. 2). На рентге- нограмме присутствуют дифракционные линии, которые соответствуют интерметаллидной фазе Nd3Al и оксидным фазам Nd2О3 и NdAlО3. Основной фазой является Nd3Al, а содержание других фаз составляет не более 3%. На рис. 3, а представлена оптическая микроскопия сплава с нанесенными отпечатками микротвердости. Как показали структурные исследования, выполненные методом SEM (рис. 3, б и 4, а), сплав состоит из зерен Nd3Al размером ~30 мкм и оксидных фаз Nd2О3 и NdAlО3 по границам зерен. По данным микрорентгеновского анализа, границы зерен обогащены кислородом за счет образовавшихся оксидных фаз Nd2О3 и NdAlО3. Повышенное содержание кислорода на границах зерен также подтверждается микрорентгеноспектральным анализом (рис. 4, б) при исследовании распределения элементов в характеристическом излучении кислорода. Таким образом, выполненные микрорентгеноспектральный и рент- геноструктурный анализы достаточно полно характеризуют фазовый состав сплава Nd3Al. В таблице представ- лены усредненные значе- ния (из трех измерений) механических характерис- тик сплава при испытании на изгиб при комнатной температуре. Как следует Рис. 2. Рентгенограмма с поверхности образца интер- металлида Nd3Al в исходном литом состоянии. И нт ен си вн ос ть , у сл . е д. 2θ, град 96 а б Рис. 3. Оптическая микроскопия (а) и SEM изображение структуры сплава Nd3Al (б). а б Рис. 4. SEM изображение структуры сплава Nd3Al: а — режим SEI; б — изображение, полученное в характеристическом излучении кислорода. из таблицы, интерметаллид Nd3Al обладает достаточной прочностью 540 МПа наряду с высокими значениями предела текучести (σ0,2 = 440 МПа) и вязкости разрушения (К1с = 7,8 МПа·м1/2). При испытании на изгиб зафиксирована незначительная макроско- пическая пластическая деформация 0,5%, предшествующая разрушению. Выполненный фрактографический анализ изломов образцов после механических испытаний показал, что разрушение сплава преимуще- ственно имеет интеркристаллитный характер (рис. 5). На рис. 6 представлены температурные зависимости твердости HV и характеристики пластичности δН в интервале температур –196…550 оС. Механические характеристики сплава Nd3Al Характеристика Величина Предел прочности σв, МПа 540 Предел текучести σ0,2, МПа 440 Трещиностойкость К1с, МПа·м1/2 7,8 Модуль Юнга, ГПа 52 Микротвердость HV, ГПа 1,35 Пластичность до разрушения δ, % 0,5 Характеристика пластичности δН 0,8 В температурном интер- вале –196…300 оС на- блюдается типичное для интерметаллидов несу- щественное изменение твердости с 1,55 (при температуре жидкого азота) до 1,2 ГПа (при 300 оС). Поскольку Nd3Al име- ет низкую температуру плавления (675 оС [2]), 97 Рис. 5. Фрактографическое исследование поверхности излома образцов сплава Nd3Al. Рис. 6. Температурные зависи- мости твердости HV и характе- ристики пластичности δН для сплава Nd3Al. уже начиная с 500 оС проис- ходит резкое падение твер- дости HV и при 550 оС она составляет 0,35 ГПа. На рис. 6 приведена также температурная зависимость характеристики пластичности δН, которая рассчитана из измерений твердости [5]. При температуре жидкого азота δН имеет наименьшее значение 0,78, что соответствует значениям δН при комнатной температуре для многих интерметаллидов на основе алюминия [7]. При температуре 550 оС δН достигает величины 0,94, что превышает критическое значение δН = 0,9, выше которого кристаллические материалы становятся пластичными при стандартных механических испытаниях. На рис. 7, а представлена кривая деформации при комнатной температуре для Nd3Al в координатах σ—ε, которая построена методом индентирования [6]. Полученная кривая свидетельствует о наличии деформационного упрочнения этого материала. На рис. 7, б эта кривая приведена в логарифмических координатах, где точки расположены на прямой. Рис. 7. Кривая деформации σ—ε (а) и та же кривая в логарифмических координатах (б) для интерметаллида Nd3Al при комнатной температуре. а б σ, Г П а lg (σ – σ ) lq εp 98 С использованием уравнения Людвика [8] n pNε+σ=σ 0 (4) (σ0 — нижний предел текучести; N — коэффициент деформационного упрочнения; εР — пластическая деформация; ε — общая деформация; n — показатель деформационного упрочнения) определены N и n. Для Nd3Al коэффициент деформационного упрочнения N = 0,1 ГПа, а показатель деформационного упрочнения n = 0,48. Значения параметров деформаци- онного упрочнения сплава Nd3Al оказались близкими к параметрам для большинства материалов и сплавов, в которых упрочнение происходит по дислокационному механизму деформации [8]. Выводы Впервые изучены механические свойства интерметаллида Nd3Al. Показано, что полученный интерметаллид обладает сравнительно высокой прочностью (540 МПа) в сочетании с высокой для интерметаллидов трещиностойкостью (7,8 МПа·м1/2) и пластичностью при повышенных температурах. Такое сочетание механических характеристик обусловило сложности, возникшие при измельчении слитка для получения требуемой дисперсности порошков (до 10 мкм). Представляется целесоообразным исследование возможности получе- ния порошков Nd3Al другими способами, без механического измельчения. 1. Павлюков А. А. Структурные превращения в сплавах системы Nd—Fe—B, вызывающие их разрушение / А. А. Павлюков, О. С. Опанасенко, В. Ю. Циви- лицин // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. — 1991. — 27 (4). — С. 725— 728. 2. Диаграммы состояния двойных металлических систем: (Справ.). В 3-х т. Т. 1 / Под ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1996. — 992 с. 3. Гудцов Н. Т. Изучение процесса старения металлов и сплавов измерением твердости при нагреве в вакууме / Н. Т. Гудцов, И. Г. Лозинский // Журн. техн. физики. — 1952. — 22, № 8. — С. 1249. 4. Мильман Ю. В. Исследования в области измерений микротвердости / [Ю. В. Мильман, О. Е. Скляров, А. П. Удовенко и др.] // Тр. Ин-та метрологии СССР. — М.—Л. : Стандарты. — 1967. — 91 (151). — С. 167—169. 5. Milman Yu. V. Plasticity characteristic obtained through hardness measurement (overview No. 107) / Yu. V. Milman, B. A. Galanov, S. I. Chugunova // Acta Metall. Mater. — 1993. — 41 (9). — Р. 2523—2532. 6. Galanov B. A. Investigation of mechanical properties of high — hardness materials by indentation / [B. A. Galanov, Yu. V. Milman, S. I. Chugunova, I. V. Goncharova] // Superhard Mater. — 1999. — 3. — Р. 23—35. 7. Efimov N. A. Preparation of aluminum-based intermetallics using a technology of fast quenching from the liquid state / [N. A. Efimov, S. I. Chugunova, D. V. Kozy- rev, V. V. Kuprin] // Proc. of 4th Internat. conf. “HighMatTech 2013”. October 7— 11, 2013, Kiev, Ukraine. — P. 342. 8. Трефилов В. И. Физические основы прочности тугоплавких металлов / В. И. Трефилов, Ю. В. Мильман, С. А. Фирстов. — К. : Наук. думка, 1975. — 315 с. 99 Структура та механічні властивості інтерметаліду Nd3Al С. І. Чугунова, В. Ю. Цивіліцин, Ю. В. Мільман, В. А. Гончарук, А. О. Власов, А. В. Самелюк, М. О. Ефімов, І. В. Гончарова Вперше вивчено механічні властивості інтерметаліду Nd3Al, який отримано аргонно-дуговим плавленням. Показано, що досліджений інтерметалід має досить високу міцність (540 МПа) в поєднанні з високою для інтерметалідів тріщиностійкістю (7,8 МПа⋅м1/2) та пластичністю при підвищених температурах. Наявність достатньої пластичності та низька температура плавлення надають можливість використання Nd3Al в якості пластифікаційної добавки при виготовленні постійних магнитів системи Nd—Fe—B рідкофазним спіканням. Ключові слова: інтерметалід Nd3Al, міцність, твердість, температура, деформація. Structure and mechanical propeties of intermetallic Nd3Al S. I. Chugunova, Yu. V. Milman, V. Yu. Tsyvilitsyn, V. A. Goncharuk, A. O. Vlasov, A. V. Samelyuk, M. O. Iefimov, I. V. Goncharova The mechanical properties of the intermetallic Nd3Al, obtained by argon arc melting are firstly investigated. It is shown that the investigated intermetallic has a quite high strength (540 MPa) in combination with high, for intermetallic, fracture toughness (7,8 MPa⋅m1/2) and plasticity at elevated temperatures. The sufficient plasticity and low melting point of Nd3Al allows to use it as a plasticizer at manufacture of permanent magnets of Nd—Fe—B by liquid phase sintering. Keywords: intermetallic Nd3Al, strength, hardness, temperature, deformation.

Структура и механические характеристики интерметаллида Nd₃Al

Репозитарії

Схожі ресурси