Исследования тугоплавких

Рассмотрены вопросы экспериментального исследования твердости, характеристик упругости, кратковременной и длительной прочности при растяжении, сжатии, изгибе. Описаны системы обеспечения силовых и температурных режимов нагружения, даны примеры их расчетов. Особое внимание уделено обеспечению точности измерения температур, нагрузок и деформаций при определении механических характеристик материалов в условиях вакуума, инертной и окислительной сред.

Для определения и изучения механических свойств материалов в малых объемах перспективными и порой единственно возможными являются методы исследования твердости, микротвердости, испытания малых образцов на растяжение. Условно эти испытания могут быть отнесены к микромеханическим методам исследования свойств материалов [121, 128, 166, 205]. Развитие методов изучения прочности тугоплавких металлов при температурах, в 2—3 раза превышающих освоенный в испытательной технике уровень (до 1300 К), явилось весьма сложной задачей, решение которой потребовало преодоления больших конструкторских и методических трудностей. Было осуществлено создание комплекса новых специальных высокотемпературных установок повышенной точности, исключающих влияние на испытываемые образцы вредных побочных явлений: испарения и окисления материалов, трения в направляющих и в уплотнениях микромашин, нагрева силоизмеритель-ных устройств, вибрации частей установок и здания, а также многих других факторов.

Начиная, по-видимому, с работ Бринелля, ведется интенсивное изучение термопрочности материалов методами исследования твердости при все более высоких температурах. В наших работах была достигнута наивысшая температура измерения твердости — 3300 К.

периментального исследования твердости для сравнения с данными других авторов обычно вычисляют по площади поверхности отпечатка (твердость по Виккерсу).

4. Установки для исследования твердости материалов в широком диапазоне температур

Для изучения твердости материалов при высоких температурах нами созданы две специальные установки: УВТ [18, 19, 27, 152] и УВТ-2 [26, 28, 152]. В установке УВТ твердость измеряется в инертной среде, а в УВТ-2 — как в инертной среде, так и в вакууме. Имеется автоматизированный вариант последней установки — УВТ-2М [152]. Установки предназначены для исследования твердости материалов в интервале температур 300—3300 К.

Вопросы точности измерения твердости рассмотрим на примерах исследования твердости тугоплавких металлов вольфрама и молибдена в широком диапазоне температур до 3300 К [24, 152].

Данные эксперимента для карбида ниобия, а также карбидов титана, тантала и вольфрама свидетельствуют о том, что резкое падение микротвердости заканчивается после выдержки материала образца под нагрузкой в течение 15 с при 290 К и после 30 с при 1960 К. Отсюда следует, что для исследования твердости карбидов в температурном диапазоне 290—2300 К нужно выбрать время выдержки под нагрузкой не менее 30 с.

18. Борисенко В. А. Установка для исследования твердости металлов при высоких температурах.— В кн.: Вопросы высокотемпературной прочности в машиностроении. Киев : ИТИ УССР, 1961, с. 230— 241.

19 Борисенко В. А., Писаренко Г. С. Установка для исследования твердости металлов и сплавов в широком диапазоне температур.— Порошковая металлургия, 1961, № 5, с. 95—101.

26. Борисенко В. А., Писаренко Г. С. Установка УВТ-2 для исследования твердости материалов в вакууме и инертной среде в широком интервале температур.— Сб. тр. Ин-та пробл. материаловедения АН УССР, 1964, вып. 1, с. 354—360.

Ионное утонение дает возможность провести электронно-микроскопические исследования тугоплавких материалов, полученных методом порошковой металлургии (AlN; TiC; SiC; Si3N4) [257], пористых керамик и материалов, содержащих фазы с различными химическими свойствами [253]. В работе [251] описаны результаты изучения, дислокационной структуры плазменных покрытий из окиси алюминия.

В ИПП АН УССР [3] разработана установка для испытаний на усталость в вакууме при весьма высоких температурах до 3000 К, предназначенная для исследования тугоплавких металлов.

В монографии рассмотрены методики и установки для испытаний материалов, применяемых в новой технике в условиях, имитирующих эксплуатационные. Описаны новые методические решения и соответствующие им оригинальные установки и устройства для исследования тугоплавких и композиционных материалов в широких интервалах температур (от 20 до 3000° С) и скоростей деформирования.

88. КнязевВ. И., Рымашевский Г. А., Белов В. С., ЩавелинВ. М. Измерение твердости карбидов ZrC0j9 и ТаС0>95 динамическим методом.— В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов. М. : Атомиздат, 1970, с. 35—43.

108. Кульбах А. А., Макарычев Б. А., Евстюхин Н. А. Универсальная установка для измерения твердости при температурах до 3000° С.— В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов / Под ред. Ю. В. Милосердина. М. : Атомиздат, 1970, с. 44—52.

125. Методы исследования тугоплавких материалов / Под ред. Ю. В. Милосердина.— М. : Атомиздат, 1970.— 160 с.

185. Стегняк В. А., Борисенко В. А. Установка для исследования тугоплавких материалов на ползучесть и длительную прочность при высоких температурах.— В кн.: Термопрочность материалов и конструктивных элементов : Материалы V Всесоюз. науч.-техн. совещ. Киев : Наук, думка, 1969, с. 415—417.

214. Щавелин В. М.., Милосердии Ю. В. О погрешностях динамического метода измерения твердости при высоких температурах.— В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов. М. : Атомиздат, 1970, с. 13—25.

215. Щавелин В. М.,Баранов В. М., Милосердии Ю. В. Изучение влияния механических колебаний образца на результаты измерения твердости динамическим методом.— В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов. М. : Атомиздат, 1970, с. 26—34.

Результаты исследования тугоплавких волокнистых композиционных материалов наглядно показывают, что описанная методика тепловой микроскопии может быть весьма полезной для детального изучения микроструктуры ряда композиционных материалов в условиях различных режимов теплового и механического нагружения.

70. К у л ь б а х А. А., М а к а р ы ч е в Б. А., Е в с т ю х и н Н. А. — В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов. М., Атомиздат, 1970, с. 44—52.

73. Щавелин В. М., Милосердии Ю. В. — В кн.: Методы исследования тугоплавких материалов. М., Атомиздат, 1970, с. 13—25.