Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа
Изучены структурные изменения, наблюдаемые при деформации и термической обработке тугоплавких карбидных композитов с однонаправленной структурой. Определены оптимальные режимы прокатки, при которых сохраняется структурная стабильность композитов. Показана возможность диффузионной сварки высокотемпер...
Saved in:
| Date: | 2002 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Series: | Вопросы атомной науки и техники |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79519 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа / В.Е. Семененко, Г.П. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 148-150. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79519 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-795192025-02-09T14:44:04Z Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа Семененко, В.Е. Ковтун, Г.П. Физика и технология конструкционных материалов Изучены структурные изменения, наблюдаемые при деформации и термической обработке тугоплавких карбидных композитов с однонаправленной структурой. Определены оптимальные режимы прокатки, при которых сохраняется структурная стабильность композитов. Показана возможность диффузионной сварки высокотемпературных карбидных материалов. Вивчені структурні зміни, що виникають при деформуванні та термічній обробці тугоплавких карбідних композитів з регулярною структурою. Визначені оптимальні режими прокату, при яких залишається структурна стабільність до 0,85 Тпл. Виявлена можливість дифузійної сварки високотемпературних карбідних матеріалів. The structure change in process determination and thermal working of tungsten carbide composite are studied. The optimum conditions of rolling and retainige stability of composite structure up to 0,85 Tm were determined. It is shown possibility of diffusion on welding of high temperature carbide materials. 2002 Article Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа / В.Е. Семененко, Г.П. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 148-150. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79519 669.018 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов |
| spellingShingle |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов Семененко, В.Е. Ковтун, Г.П. Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Изучены структурные изменения, наблюдаемые при деформации и термической обработке тугоплавких карбидных композитов с однонаправленной структурой. Определены оптимальные режимы прокатки, при которых сохраняется структурная стабильность композитов. Показана возможность диффузионной сварки высокотемпературных карбидных материалов. |
| format |
Article |
| author |
Семененко, В.Е. Ковтун, Г.П. |
| author_facet |
Семененко, В.Е. Ковтун, Г.П. |
| author_sort |
Семененко, В.Е. |
| title |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| title_short |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| title_full |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| title_fullStr |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| title_full_unstemmed |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| title_sort |
влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2002 |
| topic_facet |
Физика и технология конструкционных материалов |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79519 |
| citation_txt |
Влияние прокатки на устойчивость композиционной микроструктуры сплавов эвтектического типа / В.Е. Семененко, Г.П. Ковтун // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 148-150. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT semenenkove vliânieprokatkinaustojčivostʹkompozicionnojmikrostrukturysplavovévtektičeskogotipa AT kovtungp vliânieprokatkinaustojčivostʹkompozicionnojmikrostrukturysplavovévtektičeskogotipa |
| first_indexed |
2025-11-27T00:21:58Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:21:58Z |
| _version_ |
1849900846727299072 |
| fulltext |
УДК 669.018
ВЛИЯНИЕ ПРОКАТКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ КОМПОЗИЦИОННОЙ
МИКРОСТРУКТУРЫ СПЛАВОВ ЭВТЕКТИЧЕСКОГО ТИПА
В. Е. Семененко, Г. П. Ковтун*
Харьковский национальный университет, г. Харьков, Украина; *Национальный науч-
ный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина
Вивчені структурні зміни, що виникають при деформуванні та термічній обробці тугоплавких карбідних
композитів з регулярною структурою. Визначені оптимальні режими прокату, при яких залишається
структурна стабільність до 0,85 Тпл. Виявлена можливість дифузійної сварки високотемпературних
карбідних матеріалів.
Изучены структурные изменения, наблюдаемые при деформации и термической обработке тугоплавких
карбидных композитов с однонаправленной структурой. Определены оптимальные режимы прокатки, при
которых сохраняется структурная стабильность композитов. Показана возможность диффузионной сварки
высокотемпературных карбидных материалов.
The structure change in process determination and thermal working of tungsten carbide composite are studied.
The optimum conditions of rolling and retainige stability of composite structure up to 0,85 Tm were determined. It
is shown possibility of diffusion on welding of high temperature carbide materials.
Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе яв-
ляются перспективными материалами термоядерной
энергетики. Среди них заметное место занимают
естественные композиты (in situ), формируемые в
процессе направленной кристаллизации сплавов эв-
тектического типа (ЭК) [1]. Наибольшей жаропроч-
ностью обладают системы тугоплавкий металл-кар-
бидная фаза, объемная доля которой достигает 20…
40% эвтектических структур. Такие материалы с
пространственно-ориентированным расположением
монокристаллической карбидной фазой характери-
зуются структурной стабильностью вплоть до пред-
плавильных температур [2]. Для расширения воз-
можных областей применения ЭК необходимы дан-
ные о возможности их деформации при горячей и
холодной обработке.
С целью выяснения деформационной способно-
сти эвтектических композитов (системы Ta-Ta2C,
Mo-ZrC), влияния степени пластической деформа-
ции на устойчивость их ориентированной структуры
проведены эксперименты по прокатке композитов в
гладких валках на вакуумном прокатном стане
ДУО-135. Для прокатки использовались образцы с
регулярной и колонийной структурами в виде пла-
стин толщиной 5...8 мм и длиной ~50 мм, которые
вырезались электроискровым способом из слитка
ЭК с последующим удалением наклепанного слоя и
отжигом. Прокатка осуществлялась вдоль и поперек
расположения волокон. Полная информация о
структурных изменениях в ЭК в результате пласти-
ческой деформации получена с помощью металло-
графического анализа, просвечивающей и растровой
электронной микроскопией.
Экспериментально установлено, что прокатка па-
раллельно направлению роста карбидов Ta2C - <010
> оказалась возможной (Т = 300 К) до деформации
(ε), равной 10...15 %. Протяженные карбиды ограни-
чивают деформационную способность ЭК в про-
дольном направлении, и большие степени обжатия
приводят к растрескиванию карбидной фазы и всей
композиции в целом. При этом промежуточные от-
жиги (1350 К, 1...3ч) позволили достигнуть степени
обжатия ε ≤ 25 %. Микроструктуры образцов, про-
катанных (при 300 К) с различными степенями об-
жатия, представлены на рис.1.
Металлографические наблюдения за полирован-
ной поверхностью образцов показали интенсивное
(множественное) скольжение в танталовой матрице.
При обжатии (ε > 40% поперек волокон) наблюда-
лись локальные искривления волокон (без разруше-
ния до ε > 75%), что обусловлено пересечением кар-
бидов плоскостями скольжения, действующими в
металлической матрице. Промежуточные отжиги
позволили достигнуть ε ≈ 85...90% (без разрушения
волокон). Заметим, что при прокатке тантала в про-
цессе деформации принимают участие все системы
скольжения, характерные для металлов с ОЦК [3].
По данным электронной микроскопии (ПЭМ) при
прокатке в матрице (ε > 5%) образовывалась ячеи-
стая дислокационная структура (рис.2), причем, с
ростом степени обжатия размеры ячеек уменьша-
лись, их стенки становились более четкими, плот-
ность дислокаций вблизи границ ячеек увеличивает-
ся. Чередование черного и белого контраста при
переходе через границы таких ячеек свидетельству-
ет, вероятно, о присутствии в границах дислокаций
148
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.148-150.
одного знака. Возможная причина образования та-
ких структур в ЭК связана с неоднородным располо-
жением стопоров дислокаций в плоскости скольже-
ния. Последнее, как известно, в однофазных мате-
риалах обусловлено пересекающимися дислокация-
ми - дислокациями «леса», присутствующими в
литом материале [4]. В процессе пластической де-
формации ЭК отдельные участки дислокаций, взаи-
модействуя с препятствиями, могут создавать барье-
ры типа Котрелла-Ломера и, тем самым, образовы-
вать дислокационные сплетения - эффективные пре-
пятствия для движения дислокаций, вытянутые
вдоль направления скольжения в плоскостях типа
110.
Рис.1. Влияние прокатки на микроструктуру си-
стемы Ta-Ta2C при различных степенях деформа-
ции, ε %: а -исходная структура; б - ε =35;
в - ε = 60;г - ε = 80, ув. 350
а б
Рис.2 Микроструктура эвтектических компози-
тов: а –полосы скольжения в системе Ta-Ta2C , ув.
800; б – ячеистая структура деформированного
материала (система Mo-ZrC), ув. 3000
Как показали данные ПЭМ, плотность дислока-
ций монокристаллов молибдена, деформированных
на 20...40 %, составляет ρД = 1010...3·1011 см-2 , тогда
как в ЭК Mo-ZrC при тех же условиях ρД∼ 1013
см-2 ,
аналогично [5]. Измеренная микротвердость молиб-
дена в процессе однотипной деформации изменя-
лась от 1400 до 2500...2600 МПа, тогда как в ЭК -
возросла до 3500...3700 МПа. Полученные результа-
ты указывают на деформационное упрочнение мат-
рицы, что способствует ее большему вкладу в меха-
низм композиционного упрочнения композитов. За-
метим, что при этом возрастает в 1,5-1,7 раза проч-
ность ЭК. Обнаружено существование взаимосвязи
между размерами ячеистой структуры и степенью
дисперсности эвтектик, причем при определенной
скорости кристаллизации (R≥(1,66...2,8)·10-5 м/с)
средний размер ячеек сопоставим с межфазным рас-
стоянием. В результате отжига величина ячеек пре-
вышает их размеры в деформированной ЭК, однако
их рост лимитируется дисперсностью ЭК. Экспери-
ментально определено, что в системе Ta-Ta2C (ε =
25%, отжиг при Т=1400 К, 3ч) предел текучести σs
изменялся в пределах 1000...670 МПа при
Т = 1450...2050 К, тогда как в исходной НК компози-
ции - σs = 720...480 МПа. В системе Mo-ZrC (ε =
30%, отжиг Т = 1350 К, 2 ч) предел текучести σs в
1,6 раза превысил соответствующую величину ис-
ходной композиции. Следовательно, существует
возможность стабилизации структурного состояния
НК композиций при соответствующем подборе ре-
жимов термообработки.
По данным металлографического анализа, при
деформациях ε > 40...50% наблюдалось быстрое раз-
рушение ЭК с колонийной структурой, тогда как в
регулярных композитах допустимы деформации
75...90 %. Последнее объясняется тем, что упроч-
ненная матрица настолько препятствует распростра-
нению трещины, что когда она достигает границы
колоний, то путь наиболее легкого ее распростране-
ния проходит вдоль этой границы, что и приводит к
расслоению композита. В то же время расслоение по
границам ячеек тормозит распространение трещи-
ны, так как дальнейшее ее продвижение по образцу
требует вторичного зарождения трещины в матрице.
При прокатке (ε>55…60%, T=300K) наблюдалось
нарушение предпочтительных ориентационных со-
отношений между фазами, что приводит к потере
термической стабильности структуры при Т≥
0,65...0,7 Тпл, тогда как для образцов (ε ≤ 40%) -
структурная стабильность сохранялась до 0,85 Тпл.
Известно, что дисперсные частицы блокируют
границы субзерен и задерживают процессы рекри-
сталлизации [4]. Возникающие при прокатке субгра-
ницы в волокнах могут приводить к возникновению
«псевдореллеевых» неустойчивостей, похожих на
неустойчивости, развивающиеся в пластинчатых эв-
тектиках [1]. По данным металлографического ана-
лиза, при отжиге образцов (Т > 0,6 Тпл, ε > 40 %) на-
чинается рекристаллизация в деформированной мат-
рице, постепенно распространяясь в карбидную фа-
зу. В результате рекристаллизации появляются мат-
ричные перемычки на волокнах карбидов, перетяж-
ки карбидов в местах изгибов, которые постепенно
утолщаются и укорачиваются, а после 50...100 ч от-
жига превращаются в глобулярные карбиды. В ЭК,
прокатанной при высоких температурах (Т=1500К, ε
> 70 %), сфероидизация происходила преимуще-
ственно в местах заполнения матрицей разрушен-
ных участков карбидов. Получены положительные
результаты по дробной прокатке (ε = 10, 20, 30, 40,
50 %) с промежуточными отжигами (Тотж ≤ 0,6 Тпл)
149
а б
в г
без потери прочности ЭК. В результате отжига сни-
жается плотность дислокаций до величины 3...5⋅ 1011
см-2, однако ячеистая субструктура сохраняется.
Установлено, что высокотемпературная пласти-
ческая деформация карбидов происходит скольже-
нием по базисным плоскостям, для чего требуются
сравнительно низкие напряжения. Облегчено сколь-
жение и по двойниковым границам кристаллизаци-
онного происхождения, располагающимся вдоль
карбидных волокон. При высокотемпературной про-
катке системы Mo-ZrC (1750 К) достигнуто предель-
ное обжатие ε ≈ 55…58 % без разрушения карбидов
с преимущественной текстурой <110>. При горячей
прокатке наблюдалось пластическое течение метал-
лической и карбидной фаз (Т≥ 0,7 Тпл), причем суб-
структура возникала в обеих фазах.
Таким образом, в тугоплавких эвтектических
сплавах обнаружено сохранение композиционной
структуры в широком интервале степеней обжатия.
При этом структурная термостабильность эвтекти-
ческих композитов сохраняется до 0,85 температур
плавления звтектик при их деформации до 40%. Это
позволяет сделать вывод о возможности диффузион-
ной сварки анизотропных высокотемпературных ма-
териалов и их практического применения.
Литература
1. .A.Michra, R.S.Mukherjee, A.K.Murty. Creep Be-
havior of Advanced Materials for the 21 st Century
//Symposium on Creep Behavior Advanced Materi-
als for the 21 st century, San Diego. CA Feb28 -
Mar4, 1999, p.295-310.
2. V.E.Semenenko, G.P.Kovtun. Specific features of
homogeneous structures formation in heterophase
metal-carbide system //Functional Materials. 1998,
v.5, № 12, p.1-7.
3. Г.С.Бурханов, В.П.Губчевский, Д.М.Злато-
устовский, А.Н.Мироничева. Формирование тек-
стуры при прокатке монокристаллов тантала
//Изв. АН СССР. 1988, № 4, с.108-112.
4. Р.В.Херцберг. Деформация и механика разруше-
ния конструкционных материалов. М.: «Меттал-
лургия», 1989, с.139-184.
5. J.D.Verthoeven, H.L.Powning, L.S.Chumbley,
E.D.Gibson. The resistivity and microstructure of
heavily drawn Cu-Nb alloys //J.Appl. Phys. 1989,
v.65, p.1293-1301.
150
УДК 669.018
В. Е. Семененко, Г. П. Ковтун*
|