Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур
Показано, що міцність спрямовано армованих евтектичних сплавів LaB₆-TiB₂ при високих температурах в основному залежить від пластичності волокон TiB₂ та матриці LaB₆. Аналіз дислокаційної структури волокна показав наявність деформаційного зміцнення монокристалічного дибориду титану при підвищених тем...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металознавство та обробка металів |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63613 |
| 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: | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур / П.І. Лобода, Ю.І. Богомол, Ю.В. Нестеренко // Металознавство та обробка металів. — 2010. — № 1. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860192941738295296 |
|---|---|
| author | Лобода, П.І. Богомол, Ю.І. Нестеренко, Ю.В. |
| author_facet | Лобода, П.І. Богомол, Ю.І. Нестеренко, Ю.В. |
| citation_txt | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур / П.І. Лобода, Ю.І. Богомол, Ю.В. Нестеренко // Металознавство та обробка металів. — 2010. — № 1. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металознавство та обробка металів |
| description | Показано, що міцність спрямовано армованих евтектичних сплавів LaB₆-TiB₂ при високих температурах в основному залежить від пластичності волокон TiB₂ та матриці LaB₆. Аналіз дислокаційної структури волокна показав наявність деформаційного зміцнення монокристалічного дибориду титану при підвищених температурах.
Показано, что прочность направленно армированных эвтектических сплавов LaB₆-TiB₂ при высоких температурах в основном зависит от пластичности волокон TiB₂ и матрицы LaB₆. Анализ дислокационной структуры волокна показал наличие деформационного укрепления монокристаллического диборида титана при повышенных температурах.
It is determined that bending strength of the directionally reinforced LaB6-TiB₂ composite at high temperatures mainly depends on the plasticity of TiB₂ fibers and LaB₆ matrix. By the analysis of the dislocation structure of the fiber the presence of strain hardening in monocrystalline titanium diboride at high temperature deformation was revealed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:07:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’2010 17
Нові технологічні процеси і матеріали
УДК 669.018.95:539.4.015:665.3:621.762.5
Зміцнення спрямовано армованих композитів
в умовах високих температур
П.І. Лобода, доктор технічних наук, професор
Ю.І. Богомол, кандидат технічних наук
Ю.В. Нестеренко
Національний технічний університет України «КПІ», Київ
Показано, що міцність спрямовано армованих евтектичних сплавів LaB6-TiB2 при
високих температурах в основному залежить від пластичності волокон TiB2 та матриці
LaB6. Аналіз дислокаційної структури волокна показав наявність деформаційного зміцнення
монокристалічного дибориду титану при підвищених температурах.
Áîðèäíà àðìîâàíà äèñêðåòíèìè ìîíîêðèñòàë³÷íèìè âîëîêíàìè êåðàì³êà ìຠâèñîê³
çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè ïëàâëåííÿ, òâåðäîñò³ [1 – 3], òåìïåðàòóðè ïî÷àòêó
³íòåíñèâíî¿ ïîâçó÷îñò³ (0,5 – 0,8 Òïë), ñòàá³ëüíîñò³ ì³êðîñòðóêòóðè â óìîâàõ âèñîêèõ
òåìïåðàòóð [4, 5]. Öå äîçâîëÿº âèêîðèñòîâóâàòè ¿¿ çàì³ñòü òóãîïëàâêèõ ìåòàë³â äëÿ
âèãîòîâëåííÿ ïîë³ôóíêö³îíàëüíèõ åëåìåíò³â êàòîäíî-ï³ä³ãð³âíèõ âóçë³â åëåêòðîííî-
ïðîìåíåâèõ òà ãàçîðîçðÿäíèõ ïðèñòðî¿â [6], ùî ïðàöþþòü â óìîâàõ øâèäê³ñíîãî
íàãð³âàííÿ-îõîëîäæåííÿ òà âåëèêèõ (äî 1000 îÑ) òåìïåðàòóðíèõ ãðà䳺íò³â.
 ðîáîò³ [5] âñòàíîâëåíî, ùî ì³öí³ñòü àðìîâàíî¿ äèáîðèäíèìè âîëîêíàìè
êåðàì³êè ç ìàòðèöåþ ç êàðá³äó áîðó ç ï³äâèùåííÿì òåìïåðàòóðè çðîñòàº, àëå ìåõàí³çì
çì³öíåííÿ çàëèøàºòüñÿ íå ç’ÿñîâàíèì. Ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ êåðàì³÷íèõ êîìïîçèò³â,
âèêëàäåí³ â á³ëüøîñò³ ïóáë³êàö³é, ñòîñóþòüñÿ, ÿê ïðàâèëî, ê³ìíàòíèõ òåìïåðàòóð
[1, 2]. Õî÷à â³äîìî, ùî âèùå òåìïåðàòóðè â’ÿçêî-êðèõêîãî ïåðåõîäó ìåæà ïëàñòè÷íîñò³
ìຠíèæ÷³ çíà÷åííÿ çà ìåæó ì³öíîñò³ [7]. Íà â³äì³íó â³ä êîìïîçèò³â ç ìàòðèöåþ ³ç
êàðá³äó áîðó, ôàçîâ³ ñêëàäîâ³ êîìïîçèò³â ç ìàòðèöåþ ³ç ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó ìàþòü
ñïðèÿòëèâó äëÿ ï³äâèùåííÿ ïëàñòè÷íîñò³ âçàºìíó êðèñòàëîãðàô³÷íó îð³ºíòàö³þ. Äåÿê³
ñèñòåìè ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é â ìàòðè÷í³é ôàç³ ç ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó ïðàêòè÷íî
ñï³âïàäàþòü â ïðîñòîð³ ç ñèñòåìàìè ïðîêîâçóâàííÿ â çì³öíþ÷³é ôàç³ ó âèãëÿä³
ìîíîêðèñòàë³÷íèõ äèáîðèäíèõ âîëîêîí. ϳä ÷àñ âèðîùóâàííÿ êðèñòàë³â ìåòîäîì çîííî¿
ïëàâêè ïîðîøêîâèõ ïîðèñòèõ çàãîòîâîê â³äáóâàºòüñÿ ãëèáîêå î÷èùåííÿ â³ä äîì³øîê
ìàòåð³àëó âîëîêîí ³ ìàòðèö³, ùî ìîæå ñóòòºâî âïëèâàòè íà ì³öí³ñòü, ïëàñòè÷í³ñòü òà
ìåõàí³çì ðóéíóâàííÿ êîìïîçèò³â. Òîìó â ðîáîò³ âèâ÷åíî ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³
ñïðÿìîâàíî àðìîâàíèõ êåðàì³÷íèõ êîìïîçèò³â LaB6-TiB2 â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð 1000 –
1600 oC.
Ñïðÿìîâàíî àðìîâàí³ êîìïîçèòè âèðîùóâàëè ñïîñîáîì áåçòèãåëüíî¿ çîííî¿
ïëàâêè íåñïå÷åíèõ ïîðèñòèõ ïðåñîâîê [8]. Âèõ³äíèìè ìàòåð³àëàìè îáðàí³ ïðîìèñëîâ³
ïîðîøêè TiB2 òà LaB6 Äîíåöüêîãî çàâîäó õ³ìðåàêòèâ³â ÷èñòîòîþ 98,0 % (ìàñ. ÷àñòêà)
òà ñåðåäí³ì ä³àìåòðîì ÷àñòèíîê ~ 4 ìêì.
Ñóì³ø ïîðîøê³â 85 îá. % LaB6 + 15 îá. % TiB2 ãîòóâàëè 7-ìè êðàòíèì
ïðîòèðàííÿì ÷åðåç ñèòî ç ðîçì³ðîì êîì³ðîê 50 ìêì.  ÿêîñò³ ïëàñòèô³êàòîðà
âèêîðèñòîâóâàëè 2,5 % âîäíèé ðîç÷èí â³í³ëîâîãî ñïèðòó.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’201018
Нові технологічні процеси і матеріали
Äîâãîì³ðí³ çàãîòîâêè ä³àìåòðîì 10 ìì ³ äîâæèíîþ 145 ìì ïðåñóâàëè íà
ã³äðàâë³÷íîìó ïðåñ³ ï³ä òèñêîì 50 ÌÏà ³ ñóøèëè ó âàêóóìí³é øàô³ ïðè 100 oC.
ϳñëÿ ñóøêè çðàçêè ðîçòàøîâóâàëè â ìîäèô³êîâàí³é âèñîêî÷àñòîòí³é óñòàíîâö³
“Êðèñòàëë 206” ç ³íäóêö³éíèì íàãð³âàííÿì. Ñòðèæåíü çàêð³ïëþâàëè â íèæí³é çàòèñêà÷,
à â âåðõíüîìó ô³êñóâàëè çàòðàâêó ³ç çàäàíîþ êðèñòàëîãðàô³÷íîþ îð³ºíòàö³ºþ ìàòðè÷íî¿
ôàçè LaB6. Çîííó ïëàâêó ïðîâîäèëè â àòìîñôåð³ ãåë³þ ç íàäëèøêîâèì òèñêîì 1 àòì.
Êðèñòàëè êîìïîçèò³â LaB6-TiB2 âèðîùóâàëè ç³ øâèäê³ñòþ 5 ìì/õâ ó êðèñòàëîãðàô³÷íèõ
íàïðÿìêàõ <100>, <110> ³ <111> ìàòðè÷íî¿ ôàçè ç ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó.
Êðèñòàëè ðîçð³çàëè íà áàëî÷êè ðîçì³ðîì 2,5x3x20 ìì íà åëåêòðîåðîç³éíîìó
ñòàíêó ³ øë³ôóâàëè àëìàçíèìè ïàñòàìè.
Âèïðîáóâàííÿ íà ì³öí³ñòü ïðîâîäèëè ïðè òåìïåðàòóðàõ 1000 – 1600 îÑ íà
óñòàíîâö³ „Instron 4505” ìåòîäîì òðèòî÷êîâîãî çãèíó ó âàêóóì³ ≥ 1,3 . 10-3 Ïa.
Øâèäê³ñòü íàâàíòàæåííÿ ñêëàäàëà 0,5 ìì/õâ, â³äñòàíü ì³æ îïîðàìè 16 ìì.
Êîíòåéíåðè, â ÿêèõ çíàõîäèëèñÿ çðàçêè, âèãîòîâëÿëè ç ãðàô³òó, îïîðè – ç êàðá³äó
êðåìí³þ.
̳êðîñòðóêòóðó îäåðæàíèõ ñïðÿìîâàíî
àðìîâàíèõ êîìïîçèò³â, à òàêîæ çëàì³â, âèâ÷àëè ç
âèêîðèñòàííÿì ñêàíóþ÷îãî ì³êðîñêîïó “Hitachi S4800”
ç EDS ïðèñòàâêîþ òà òðàíñì³ñ³éíîãî åëåêòðîííîãî
ì³êðîñêîïó «ÏÅÌ 125Ê» ïðè çá³ëüøåííÿõ â³ä 20000 –
150000 â ðåæèì³ ñâ³òëîïîëüíîãî çîáðàæåííÿ òà
ì³êðîäèôðàêö³¿.
Àíàë³ç ì³êðîñòðóêòóðè ñïðÿìîâàíî çàêðèñòà-
ë³çîâàíîãî ñïëàâó LaB6-Ò³B2 ïîêàçàâ (ðèñ. 1), ùî
êðèñòàëè ïðåäñòàâëÿþòü ñîáîþ ìàòðèöþ ç ãåêñàáîðèäó
ëàíòàíó ç ðåãóëÿðíî ðîçòàøîâàíèìè ïî ïîïåðå÷íîìó
ïåðåòèíó êðèñòàëó ñòðèæíåâèìè âêëþ÷åííÿìè ç
äèáîðèäó ïåðåõ³äíîãî ìåòàëó. Âîëîêíà îð³ºíòîâàí³
âçäîâæ íàïðÿìêó âèðîùóâàííÿ êðèñòàëó.
Çà äàíèìè ì³êðîðåíòãåíîñïåêòðàëüíîãî àíàë³çó âñòàíîâëåíî, ùî äî ñêëàäó
êîìïîçèòó LaB6-TiB2 âõîäèòü ò³ëüêè La, B òà Ti. Òàêîæ âèÿâëåíà íåçíà÷íà ðîç÷èíí³ñòü
ëàíòàíó â äèáîðèäíèõ âîëîêíàõ (ïðèáëèçíî 3 àò. %) òà òèòàíó â ìàòðèö³ LaB6
(~ 1 àò. %).
Çà äàíèìè ìåõàí³÷íèõ âèïðîáóâàíü â òåìïåðàòóðíîìó ³íòåðâàë³ 1000 – 1600 îÑ,
ìàêñèìàëüíà ì³öí³ñòü ñïîñòåð³ãàºòüñÿ äëÿ ñïðÿìîâàíî çàêðèñòàë³çîâàíîãî êåðàì³÷íîãî
êîìïîçèòó LaB6-TiB2 ç ìàòðèöåþ, âèðîùåíîþ â íàïðÿìêó <100> – 470 ÌÏà (ðèñ. 2),
à ì³í³ìàëüíà – äëÿ êîìïîçèòó, âèðîùåíîãî â íàïðÿìêó <110> – 350 ÌÏà. Íåçàëåæíî
â³ä îð³ºíòàö³¿ ïðè òåìïåðàòóðàõ, âèùèõ çà
1400 îÑ, ì³öí³ñòü êîìïîçèò³â ïî÷èíàº
çìåíøóâàòèñü. Ïðè÷îìó òåìïåðàòóðà
ïåðåãèíó êðèâî¿ ì³öíîñò³ íàéíèæ÷à äëÿ
êîìïîçèò³â ç îð³ºíòàö³ºþ ìàòðèö³ <110> ³
íàéâèùà ç îð³ºíòàö³ºþ ìàòðèö³ <100>.
Ôðàêòîãðàô³÷íèìè äîñë³äæåííÿìè
ïîâåðõí³ çëîì³â ïðè íåâåëèêèõ
çá³ëüøåííÿõ âñòàíîâëåíî, ùî ç³ çðîñòàííÿì
òåìïåðàòóðè ðåëüºôí³ñòü ³ ê³ëüê³ñòü
ãëèáîêèõ âèñòóï³â òà çàïàäèí íà ïîâåðõí³
ðóéíóâàííÿ çìåíøóºòüñÿ. Çëàìè ñòàþòü
á³ëüø ãëàäåíüêèìè ³ îäíîð³äíèìè. Öå
Рис. 1. Мікроструктура поздовжнього
перерізу спрямовано армованого
композиту LaB6-ТіB2.
Рис. 2. Температурна залежність міцності на згин
спрямовано армованого композиту LaB6-ТіB2,
вирощеного в напрямках <100>, <110>, <111>.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’2010 19
Нові технологічні процеси і матеріали
ñâ³ä÷èòü ïðî òå, ùî â ìàòåð³àë³ íå â³äáóâàºòüñÿ â³äõèëåííÿ òð³ùèíè ïðè ç³òêíåíí³ ç
âîëîêíàìè, à âîëîêíà àáî âèñìèêóþòüñÿ, àáî ðóéíóþòüñÿ â ïëîùèí³ ðîçïîâñþäæåííÿ
ìàã³ñòðàëüíî¿ òð³ùèíè.
Ïðè á³ëüøèõ çá³ëüøåííÿõ âèÿâëåíî, ùî òð³ùèíè ï³ä ÷àñ ðóéíóâàííÿ ïðè
òåìïåðàòóð³ 1000 îÑ çóïèíÿþòüñÿ íà ãðàíèö³ ðîçïîä³ëó ìàòðèöÿ – âêëþ÷åííÿ (ðèñ. 3 à)
³ äëÿ ïîäàëüøîãî ðóéíóâàííÿ ñïðÿìîâàíî àðìîâàíîãî êîìïîçèòó íåîáõ³äíèì º àáî
ðóéíóâàííÿ âîëîêíà, àáî éîãî îãèíàííÿ, àáî âèñìèêóâàííÿ, ùî ñïðèÿº çá³ëüøåííþ
åíåð㳿 ðóéíóâàííÿ òà ì³öíîñò³ çðàçêà â ö³ëîìó.
Рис. 3. Вплив температури на мікроструктуру
поверхні злому композиту LaB6–TiB2, вирощеного
в напрямку <100>. а – Т = 1000 оС; б –
Т = 1200 оС, в, г – Т = 1400 оС, д – Т = 1600 оС.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’201020
Нові технологічні процеси і матеріали
Ðåàë³çàö³ÿ ìåõàí³çìó âèñìèêóâàííÿ âèçíà÷àºòüñÿ ì³öí³ñòþ ³ äîñêîíàë³ñòþ çâ’ÿçêó
íà ì³æôàçí³é ïîâåðõí³ «âîëîêíî – ìàòðèöÿ». Òîìó âàæëèâèì º âèçíà÷åííÿ íàïðóæåíî-
äåôîðìîâàíîãî ñòàíó êîæíî¿ ôàçè ï³ä ÷àñ âèïðîáóâàíü. Çã³äíî ç ðîáîòîþ [7] êîåô³ö³ºíò
òåðì³÷íîãî ðîçøèðåííÿ ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó (10-5 Ê-1) á³ëüøèé çà êîåô³ö³ºíò òåðì³÷íîãî
ðîçøèðåííÿ äèáîðèäó òèòàíó (5 . 10-6 Ê-1). Òîìó â ïðîöåñ³ âèðîùóâàííÿ òà íàñòóïíîãî
îõîëîäæåííÿ â ìàòðèö³ ³ç ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó âèíèêàþòü âíóòð³øí³ íàïðóæåííÿ
ðîçòÿãóâàííÿ, à â äèáîðèäíèõ âîëîêíàõ – ñòèñêàííÿ. Ïðè íàãð³âàíí³ êîìïîçèòó ï³ä
÷àñ âèïðîáóâàííÿ íà ì³öí³ñòü ïîñòóïîâî ïðîõîäèòü çíÿòòÿ âíóòð³øí³õ íàïðóæåíü â
ìàòðè÷í³é ³ àðìóþ÷èõ ôàçàõ ³ òîìó âèñìèêóâàííÿ âîëîêîí ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ÷àñò³øå íà
ïîâåðõíÿõ çëàì³â (ðèñ. 3 à). Ïðè öüîìó ì³öí³ñòü êîìïîçèòó ïîâèííà çìåíøóâàòèñü çà
ðàõóíîê çìåíøåííÿ îïîðó ïðîöåñó ðîçïîâñþäæåííÿ òð³ùèíè âíàñë³äîê á³ëüø ëåãêîãî
âèñìèêóâàííÿ âîëîêîí. Àëå åêñïåðèìåíòàëüíî âèÿâëÿºòüñÿ çðîñòàííÿ ì³öíîñò³ (ðèñ. 2).
Âæå ï³ä ÷àñ âèïðîáóâàíü ïðè 1000 îÑ ó âîëîêíàõ ç äèáîðèäó òèòàíó (ðèñ. 3)
ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ïëàñòè÷íà äåôîðìàö³ÿ, ÿêà âèÿâëÿºòüñÿ ïî óòâîðåííþ øèéêè íà
öèë³íäðè÷í³é ïîâåðõí³ âîëîêîí. Ïðè çá³ëüøåíí³ òåìïåðàòóðè âèïðîáóâàíü äî 1200 –
1400 îÑ â ìàòðè÷í³é ôàç³ êîìïîçèòó óòâîðþþòüñÿ ñõîäèíêè òà ÿìêè íà ïîâåðõí³
ðóéíóâàííÿ, ñèìåòð³ÿ ðîçòàøóâàííÿ ÿêèõ â³äïîâ³äຠñèìåò𳿠ðîçòàøóâàííÿ â ïðîñòîð³
ñèñòåì íàéá³ëüø ëåãêîãî ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é, ïëîùèí (011) òà íàïðÿìê³â 001
êðèñòàë³÷íî¿ ãðàòêè ãåêñàáîðèäó ëàíòàíó. Ïëîùèíè ïðîêîâçóâàííÿ âèõîäÿòü ³ íà
áîêîâó ïîâåðõíþ êàíàë³â, ùî óòâîðèëèñü âíàñë³äîê âèñìèêóâàííÿ âîëîêîí. Öå ñâ³ä÷èòü
ïðî ñï³âïàä³ííÿ íàïðÿìê³â ³ ïëîùèí ïðîêîâçóâàííÿ â ìàòðè÷í³é ³ àðìóþ÷³é ôàç³
êîìïîçèòó, ùî çàáåçïå÷óº ¿õ âçàºìî ïîãîäæåíå ïëàñòè÷íå äåôîðìóâàííÿ â ïðîöåñ³
íàâàíòàæåííÿ (ðèñ. 3 â, ã).
Îêð³ì òîãî çà äîïîìîãîþ òðàíñì³ñ³éíî¿ åëåêòðîííî¿ ì³êðîñêîﳿ âñòàíîâëåíî,
ùî ó äèáîðèäíèõ âîëîêíàõ ó âèõ³äíîìó êîìïîçèò³, à òàêîæ â êîìïîçèòàõ, çðóéíîâàíèõ
ïðè ê³ìíàòíèõ òåìïåðàòóðàõ, äèñëîêàö³¿ íå âèÿâëÿþòüñÿ (ðèñ. 4 à), òîä³ ÿê âîëîêíà
çðóéíîâàí³ ïðè òåìïåðàòóðàõ, âèùèõ 1000 îÑ, â ÿêèõ ñïîñòåð³ãàºòüñÿ óòâîðåííÿ øèéêè,
ìàþòü ðîçãàëóæåíó äèñëîêàö³éíó êàðòèíó (ðèñ. 4 á). Ïðè÷îìó ïî ì³ð³ çá³ëüøåííÿ
ñòóïåíÿ äåôîðìàö³¿ âîëîêíà çá³ëüøóºòüñÿ ÿê ê³ëüê³ñòü äèñëîêàö³éíèõ ë³í³é òàê ³ ¿õ
íàõèë â³äíîñíî â³ñ³ âîëîêíà.  îáëàñò³ ç ìàêñèìàëüíèì ñòóïåíåì äåôîðìàö³¿
äèñëîêàö³éí³ ë³í³¿ ïåðåòèíàþòüñÿ, ùî º ñâ³ä÷åííÿì ðåàë³çàö³¿ ìåõàí³çìó äåôîðìàö³éíîãî
çì³öíåííÿ âîëîêíà, à â³äòàê ³ âñüîãî êîìïîçèòó.
Äåôîðìîâàíå âîëîêíî ìîæíà ïîä³ëèòè íà ïåâí³ ä³ëÿíêè, äå äèñëîêàö³éí³ ë³í³¿
ðîçì³ùåí³ ó ð³çíèõ íàïðÿìêàõ, ùî º ñâ³ä÷åííÿì ðåàë³çàö³¿ ð³çíèõ ïëîùèí ïðîêîâçóâàííÿ
äèñëîêàö³é (ðèñ. 4 á).
Рис. 4. Мікроструктура композита LaB6-ТiB2. а – волокно ТiB2, зруйноване під час механічних
випробувань композита при кімнатній температурі, б – композит, пластично деформований
при Т = 1400 °С.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’2010 21
Нові технологічні процеси і матеріали
Á³ëüø äåòàëüíå âèâ÷åííÿ ì³êðîäåôðàêö³íèìè äîñë³äæåííÿìè ä³ëÿíîê øèéêè
ç ð³çíèì ñòóïåíåì ïëàñòè÷íî¿ äåôîðìàö³¿ äîçâîëèëè ï³äòâåðäèòè, ùî ç³ çðîñòàííÿì
ñòóïåíÿ äåôîðìàö³¿ çì³íþºòüñÿ ³ íàïðÿìîê ïëîùèíè ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é, à
òàêîæ çá³ëüøóºòüñÿ ê³ëüê³ñòü ñèñòåì ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é, çàä³ÿíèõ â ïðîöåñ³
ïëàñòè÷íîãî äåôîðìóâàííÿ âîëîêíà (ðèñ. 5).
Íà ïåðø³é, íàéìåíø äåôîðìîâàí³é ä³ëÿíö³, ùî ðîçì³ùåíà á³ëÿ âèõîäó âîëîêíà
ç ìàòðèö³ (ðèñ. 4 á, ä³ëÿíêà ²), ñïîñòåð³ãàþòüñÿ äèñëîêàö³éí³ ë³í³¿, ùî ðîçì³ùåí³
ïåðïåíäèêóëÿðíî äî íàïðÿìêó ðîñòó âîëîêíà – âîíè â³äïîâ³äàþòü ïëîùèí³ íàéá³ëüø
ëåãêîãî êîâçàííÿ (0001) ÃÙÓ êðèñòàë³÷íî¿ ãðàòêè Ò³Â2 [9]. Íà ö³é ä³ëÿíö³ âîëîêíî
çíàõîäèòüñÿ ï³ä 䳺þ ìàêñèìàëüíèõ äîòè÷íèõ íàïðóæåíü, ùî ñïðÿìîâàí³ ó íàïðÿìêó
ïðèêëàäåííÿ íàâàíòàæåííÿ, ùî ñï³âïàäຠç áàçèñíîþ ïëîùèíîþ (0001) ãåêñàãîíàëüíî¿
êðèñòàë³÷íî¿ ãðàòêè (ðèñ. 5 à, á). Íà íàñòóïí³é ä³ëÿíö³ (ðèñ. 4 à, ä³ëÿíêà ²²) ñòóï³íü
äåôîðìàö³¿ çðîñòàº, äåôîðìàö³ÿ ñòຠâñå á³ëüø íåîäíîð³äíîþ, ³ â ä³þ âñòóïàþòü
ïëîùèíè ïðîêîâçóâàííÿ ãåêñàãîíàëüíî¿ êðèñòàë³÷íî¿ ãðàòêè òèïó (1010), ïàðàëåëüí³
äî íàïðÿìêó ðîñòó âîëîêíà <0001>, îñê³ëüêè âîíî çíàõîäèòüñÿ â çîí³ ä³¿ ðîçòÿãóþ÷èõ
íàïðóæåíü (ðèñ. 5 â, ã). Íà ö³é ä³ëÿíö³ ôîðìóºòüñÿ ñëàáîðîçîð³ºíòîâàíà ñóáñòðóêòóðà,
õàðàêòåðíà äëÿ ìíîæèííîãî ïðîêîâçóâàííÿ (äâ³éíèêóâàííÿ). ² íà îñòàíí³é, íàéá³ëüø
Рис. 5. Мікродифракційні картини (а, в) та їх інтерпретації (б, г) від першої (І) (а, б) і другої (ІІ) (в, г)
ділянки деформованого волокна ТiB2.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’201022
Нові технологічні процеси і матеріали
äåôîðìîâàí³é ä³ëÿíö³, ùî ðîçì³ùåíà á³ëÿ ë³í³¿ çëîìó âîëîêíà, ñïîñòåð³ãàºòüñÿ
ï³äâèùåííÿ ù³ëüíîñò³ äèñëîêàö³é äî ð³âíÿ 109 ñì-2 ³ ôîðìóâàííÿ ðîçîð³ºíòîâàíî¿
êîì³ð÷àñòî¿ ñòðóêòóðè (ðèñ. 4 á, ä³ëÿíêà ²²²), ÿêà ñâ³ä÷èòü ïðî ìîæëèâ³ñòü ðåàë³çàö³¿
ìåõàí³çìó äåôîðìàö³éíîãî çì³öíåííÿ âîëîêíà ³ êîìïîçèòó â ö³ëîìó.
Âèÿâëåí³ îñîáëèâîñò³ ìåõàí³çìó ïëàñòè÷íîãî äåôîðìóâàííÿ âîëîêíà äîçâîëÿþòü
ïîÿñíèòè ìåõàí³çì çåðíîãðàíè÷íîãî çì³öíåííÿ êîìïîçèòó ç ð³çíîþ êðèñòàëîãðàô³÷íîþ
îð³ºíòàö³ºþ ìàòðè÷íî¿ ôàçè, çà ðàõóíîê âçàºìî䳿 äèñëîêàö³é íà ãðàíèö³ ðîçïîä³ëó
âîëîêíî – ìàòðèöÿ. Îñê³ëüêè, ïðè âèðîùóâàíí³ êîìïîçèòà â íàïðÿìêó <110>,
ñï³âïàä³ííÿ îð³ºíòàö³¿ ïëîùèí íàéá³ëüø ù³ëüíî¿ óïàêîâêè àòîì³â òà íàéá³ëüø ëåãêîãî
ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é ìàòðè÷íî¿ ôàçè LaB6 (110) òà àðìóþ÷î¿ ñêëàäîâî¿ TiB2
(0001) áóäå ìàêñèìàëüíèì [10], òî âçàºìíà ïëàñòè÷íà äåôîðìàö³ÿ áóäå ïðîõîäèòè
íàéëåãøå ³ îï³ð ¿é áóäå íàéìåíøèé. Ñàìå òîìó ³ ì³öí³ñòü (ðèñ. 2 à) êîìïîçèòó,
âèðîùåíîãî ó íàïðÿìêó <110>, ìຠíàéíèæ÷³ çíà÷åííÿ ïðè ï³äâèùåíèõ òåìïåðàòóðàõ,
à òåìïåðàòóðà ïî÷àòêó ³íòåíñèâíîãî ïëàñòè÷íîãî äåôîðìóâàííÿ íàéíèæ÷à.
Á³ëüø³ çíà÷åííÿ ì³öíîñò³ ñïðÿìîâàíî àðìîâàíîãî êîìïîçèòà LaB6-TiB2 â
íàïðÿìêó <111> ïîð³âíÿíî ç íàïðÿìêîì <110> îáóìîâëåí³ òèì, ùî ñï³âïàä³ííÿ
áàçèñíî¿ ïëîùèíè àðìóþ÷î¿ ñêëàäîâî¿ TiB2 (0001), ÿêà º ïëîùèíîþ íàéá³ëüø ëåãêîãî
ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é, ç ïëîùèíîþ (110) ìàòðè÷íî¿ ôàçè LaB6 áóäå ìåíø òî÷íèì,
í³æ ïðè âèðîùóâàíí³ êîìïîçèòà â íàïðÿìêó <110> – âîíè áóäóòü çíàõîäèòèñÿ ï³ä
äåÿêèì êóòîì [10]. Òîìó äëÿ âçàºìîóçãîäæåíîãî ïëàñòè÷íîãî äåôîðìóâàííÿ ìàòðèö³
³ âîëîêíà ðóõ äèñëîêàö³é íà ãðàíèö³ ðîçä³ëó ôàç ïîâèíåí çì³íèòè ñâ³é íàïðÿìîê íà
öåé êóò, ùî ïðèâîäèòü äî çá³ëüøåííÿ åíåð㳿 ðóéíóâàííÿ òà ì³öíîñò³ êîìïîçèòà â
ö³ëîìó (ðèñ. 2 à).
Ïðè âèðîùóâàíí³ êîìïîçèòà â íàïðÿìêó <100>, ïëîùèíè íàéá³ëüø ëåãêîãî
ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é ìàòðè÷íî¿ òà àðìóþ÷î¿ ôàç áóäóòü ðîçì³ùóâàòèñÿ ï³ä
ìàêñèìàëüíèì êóòîì 45î [10] îäíà â³äíîñíî îäíî¿, òîìó ¿õ ñï³âïàä³ííÿ áóäå
ì³í³ìàëüíèì, à âçàºìîóçãîäæåíà ïëàñòè÷íà äåôîðìàö³ÿ âîëîêíà ³ ìàòðèö³ áóäå
ïðîõîäèòè íàéâàæ÷å. Îï³ð ¿é áóäå íàéá³ëüøèé, à êîìïîçèò, âèðîùåíèé ó öüîìó
íàïðÿìêó, ìຠìàêñèìàëüíó ì³öí³ñòü ó ïîð³âíÿíí³ ç êîìïîçèòàìè, âèðîùåíèìè â
íàïðÿìêàõ <110> ³ <111> (ðèñ. 2 à).
Âèõîäÿ÷è ç âèùå âèêëàäåíîãî, ìîæíà ñòâåðäæóâàòè, ùî ñï³âïàä³ííÿ ïëîùèí
íàéá³ëüø ëåãêîãî ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é ìàòðè÷íî¿ ôàçè LaB6 òà àðìóþ÷î¿ ñêëàäîâî¿
TiB2 íà ïîâåðõí³ ðóéíóâàííÿ êîìïîçèòó ïî ì³ð³ çðîñòàííÿ òåìïåðàòóðè âèïðîáóâàíü
ñâ³ä÷èòü ïðî ïåðåâàæíèé âïëèâ ïëàñòè÷íîñò³ ôàçîâèõ ñêëàäîâèõ íà çðîñòàííÿ ì³öíîñò³
ñïðÿìîâàíî àðìîâàíî¿ êåðàì³êè â ³íòåðâàë³ òåìïåðàòóð 1000 –1600 îÑ. Ïðè öüîìó
çàâäÿêè âèñîê³é ÷èñòîò³ ìàòåð³àë³â, îäåðæàíèõ ìåòîäîì áåçòèãåëüíî¿ çîííî¿ ïëàâêè
íåñïå÷åíèõ ïîðèñòèõ ïðåñîâîê ç ðóõîìèì ðîç÷èííèêîì äîì³øîê, ïëàñòè÷íà äåôîðìàö³ÿ
äèáîðèäíîãî âîëîêíà ñòàíîâèòü â³ä 16 % (äëÿ <100> ïðè Ò = 1000 îÑ) äî 80 % (<110>
ïðè Ò = 1600 îÑ) ³ çàëåæèòü â³ä êðèñòàëîãðàô³÷íî¿ îð³ºíòàö³¿ ìàòðèö³, âçàºìíî¿
êðèñòàëîãðàô³÷íî¿ îð³ºíòàö³¿ ìàòðèö³ ³ âîëîêíà ³ òåìïåðàòóðè âèïðîáóâàííÿ.
Âïåðøå âèÿâëåíî êàðòèíó ïëàñòè÷íî¿ äåôîðìàö³¿ ìîíîêðèñòàë³÷íîãî âîëîêíà
äèáîðèäó òèòàíó. Ïîêàçàíî, ùî ç³ çá³ëüøåííÿì ñòóïåíÿ äåôîðìàö³¿ âîëîêíà
çá³ëüøóºòüñÿ ê³ëüê³ñòü ñèñòåì ïðîêîâçóâàííÿ äèñëîêàö³é, ùî ïðèçâîäèòü äî
äåôîðìàö³éíîãî çì³öíåííÿ ìîíîêðèñòàë³÷íîãî âîëîêíà. Ïîêàçàíî ìåõàí³çì
äåôîðìàö³éíîãî çì³öíåííÿ äëÿ êåðàì³÷íèõ ìàòåð³àë³â.
Âñòàíîâëåíî, ùî ï³äâèùåííÿ ì³öíîñò³ êîìïîçèö³éíîãî ìàòåð³àëó, ùî
ïðåäñòàâëÿº ñîáîþ ìîíîêðèñòàë³÷íó ìàòðèöþ ç îäí³º¿ òóãîïëàâêî¿ ñïîëóêè, àðìîâàíó
ìîíîêðèñòàë³÷íèìè âêëþ÷åííÿìè ³íøî¿ òóãîïëàâêî¿ ñïîëóêè, îáóìîâëåíå çðîñòàííÿì
ïëàñòè÷íîñò³ ìîíîêðèñòàë³÷èõ âîëîêîí ïî ì³ð³ çá³ëüøåííÿ òåìïåðàòóðè âèïðîáóâàíü
òà ðåàë³çàö³ºþ ìåõàí³çì³â çåðíîãðàíè÷íîãî (íà ïîâåðõí³ ðîçä³ëó âîëîêíî – ìàòðèöÿ)
òà äåôîðìàö³éíîãî çì³öíåííÿ âîëîêíà.
Ìåòàëîçíàâñòâî òà îáðîáêà ìåòàë³â 1’2010 23
Нові технологічні процеси і матеріали
Література
1. Ëîáîäà Ï.È., Áîãîìîë Þ.È, Ñèñîåâ Ì.Î. // Ñâåðõòâåðäûå ìàòåðèàëû. – 2006. – ¹ 5.
– Ñ. 30 – 34.
2. Paderno Yu., Paderno V., Filippov V. Some Peculiarities of Eutectic Crystallization of LaB6–
(Ti,Zr)B2 Alloys // Journal of Solid State Chemistry.– 2000. – 154, 1. – Ð. 165 – 167.
3. Chen C.-M., Zhang L.-T., Zhou W.-C. Characterization of LaB6-ZrB2 eutectic composite
grown by the floating zone method // J. Crystal Growth. – 1998. – 191, 4. – Ð. 873 – 878.
4. Loboda P.I., Bogomol Yu.I. The thermal stability of the directionally reinforced boride
ceramics microstructure // Ceramics. – 2002. – 69. – P. 117 – 124.
5. Bogomol Yu., Nishimura T., Vasylkiv O. Microstructure and high-temperature strength of
B4C–TiB2 composite prepared by a crucibleless zone melting method // J. Alloys
Compounds. – 2009. – 485, 1 – 2. – P. 677 – 681.
6. Ïàòåíò 766088 (ßïîí³ÿ), ÌÊÈ H01J 037/30. Electron gun and electron-beam transfer
apparatus comprising same. / M. Nakasuji, Nikon Corporation. – Çàÿâë. 16.12.96. Îïóáë.
09.06.98.
7. Ïðî÷íîñòü òóãîïëàâêèõ ñîåäèíåíèé è ìàòåðèàëîâ íà èõ îñíîâå: Ñïðàâ. /
Ð.À. Àíäðèåâñêèé, È.È. Ñïèâàê. – ×åëÿáèíñê: Ìåòàëëóðãèÿ, 1989. – 368 ñ.
8. Loboda P. Features of structure formation with zone melting of powder boron-containing
refractory materials // Powder Metall. Met. Ceram. – 2000. – 39, 9 –10. – P. 480 – 486.
9. Kelly G. W. Groves. Crystallography and crystal defects. – London: Longman, 1970.
10. Honeycombe R.W.K. The plastic deformation of metals. – Edward Arnold (Publishers)
Ltd., 1968.
Îäåðæàíî 18.01.10
Ï.È. Ëîáîäà, Þ.È. Áîãîìîë, Þ.Â. Íåñòåðåíêî
Óïðî÷íåíèå íàïðàâëåííî àðìèðîâàííûõ êîìïîçèòîâ
ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ
Ðåçþìå
Ïîêàçàíî, ÷òî ïðî÷íîñòü íàïðàâëåííî àðìèðîâàííûõ ýâòåêòè÷åñêèõ ñïëàâîâ LaB6-TiB2
ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ â îñíîâíîì çàâèñèò îò ïëàñòè÷íîñòè âîëîêîí TiB2 è ìàòðèöû LaB6.
Àíàëèç äèñëîêàöèîííîé ñòðóêòóðû âîëîêíà ïîêàçàë íàëè÷èå äåôîðìàöèîííîãî óêðåïëåíèÿ
ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî äèáîðèäà òèòàíà ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ.
P.I. Loboda, Yu.I. Bogomol, Yu.V. Nesterenko
Strengthening of the directly reinforced composites at high temperatures
Summary
It is determined that bending strength of the directionally reinforced LaB6-TiB2 composite
at high temperatures mainly depends on the plasticity of TiB2 fibers and LaB6 matrix. By the
analysis of the dislocation structure of the fiber the presence of strain hardening in monocrystalline
titanium diboride at high temperature deformation was revealed.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63613 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2073-9583 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:07:08Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лобода, П.І. Богомол, Ю.І. Нестеренко, Ю.В. 2014-06-04T15:33:45Z 2014-06-04T15:33:45Z 2010 Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур / П.І. Лобода, Ю.І. Богомол, Ю.В. Нестеренко // Металознавство та обробка металів. — 2010. — № 1. — С. 17-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. 2073-9583 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63613 669.018.95:539.4.015:665.3:621.762.5 Показано, що міцність спрямовано армованих евтектичних сплавів LaB₆-TiB₂ при високих температурах в основному залежить від пластичності волокон TiB₂ та матриці LaB₆. Аналіз дислокаційної структури волокна показав наявність деформаційного зміцнення монокристалічного дибориду титану при підвищених температурах. Показано, что прочность направленно армированных эвтектических сплавов LaB₆-TiB₂ при высоких температурах в основном зависит от пластичности волокон TiB₂ и матрицы LaB₆. Анализ дислокационной структуры волокна показал наличие деформационного укрепления монокристаллического диборида титана при повышенных температурах. It is determined that bending strength of the directionally reinforced LaB6-TiB₂ composite at high temperatures mainly depends on the plasticity of TiB₂ fibers and LaB₆ matrix. By the analysis of the dislocation structure of the fiber the presence of strain hardening in monocrystalline titanium diboride at high temperature deformation was revealed. uk Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металознавство та обробка металів Нові технологічні процеси і матеріали Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур Упрочнение направленно армированных композитов при повышенных температурах Strengthening of the directly reinforced composites at high temperatures Article published earlier |
| spellingShingle | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур Лобода, П.І. Богомол, Ю.І. Нестеренко, Ю.В. Нові технологічні процеси і матеріали |
| title | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| title_alt | Упрочнение направленно армированных композитов при повышенных температурах Strengthening of the directly reinforced composites at high temperatures |
| title_full | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| title_fullStr | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| title_full_unstemmed | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| title_short | Зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| title_sort | зміцнення спрямовано армованих композитів в умовах високих температур |
| topic | Нові технологічні процеси і матеріали |
| topic_facet | Нові технологічні процеси і матеріали |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63613 |
| work_keys_str_mv | AT lobodapí zmícnennâsprâmovanoarmovanihkompozitívvumovahvisokihtemperatur AT bogomolûí zmícnennâsprâmovanoarmovanihkompozitívvumovahvisokihtemperatur AT nesterenkoûv zmícnennâsprâmovanoarmovanihkompozitívvumovahvisokihtemperatur AT lobodapí upročnenienapravlennoarmirovannyhkompozitovpripovyšennyhtemperaturah AT bogomolûí upročnenienapravlennoarmirovannyhkompozitovpripovyšennyhtemperaturah AT nesterenkoûv upročnenienapravlennoarmirovannyhkompozitovpripovyšennyhtemperaturah AT lobodapí strengtheningofthedirectlyreinforcedcompositesathightemperatures AT bogomolûí strengtheningofthedirectlyreinforcedcompositesathightemperatures AT nesterenkoûv strengtheningofthedirectlyreinforcedcompositesathightemperatures |