Механическим нагружением

Несколько иная ситуация наблюдалась в двухфазном сплаве Си-50 вес. %Ag, в котором оба химических элемента имеют очень ограниченную взаимную растворимость [27]. Как в случае порошков, полученных методом газовой конденсации в инертной среде или механическим легированием, так и в случае массивных исходных заготовок, ИПД кручением приводит к формированию на-нокристаллического (размер зерен 10-20 нм) пересыщенного твердого раствора с небольшим количеством остаточных Си и Ag фаз. Отжиг при температуре около 473 К приводит к распаду твердого раствора на зерна Си и Ag, имеющие примерно одинаковый размер. При более высоких температурах происходит укрупнение зе-

механическим легированием в планетарной центробежной мельнице

1. Логарифмически-нормальные или нормальные распределения зерен по размерам остаются практически неизменными для исходных и отожженных образцов. Многочисленные исследования кинетики выявили большое разнообразие результатов. Так, отмечается, что хотя степенной закон кинетики роста зерен, в принципе, выполняется, но отдать предпочтение соотношению типа L ~ tl/2 или другим соотношениям типа L ~ t, L ~ г1'/3, L ~ ?1/4 часто бывает довольно трудно. В опытах по изотермическому отжигу нанокристаллов NbAl3, полученных механическим легированием, и сплавов Fe33Zr67 и (Fe, Со)3з2г67, полученных кристаллизацией из аморфного состояния, было показано, что выполняется соотношение L ~ ?1/3. Показатели степеней п могут зависеть не только от объектов исследования, но и от интервала температур (1/« = 0,05 — 0,5). Детальное исследование кинетики роста нанозерен при отжиге порошков моноалюминида рутения выявило удовлетворительное соответствие опытных данных следующему выражению:

Карбид титана вводится в матрицу механическим легированием либо добавлением твердых частиц TiC в расплавленный металл. Однако не всегда этими методами удается добиться равномерного распределения упрочняющей фазы в матрице. Разработанный зарубежными исследователями новый метод изготовления сплавов позволяет устранить этот недостаток [275]. Карбид титана вводится в расплав с помощью пневматической пушки, и в зависимости от давления газов в струю можно вводить в матрицу до 7 % (объемн.) TiC.

Представлены сведения о природе, технология и особенностях производства и применения металлических жаропрочных сплавов (суперсплавов на основе Ni, Со, Fe, а также — впервые — Nb и Мо) и других высокотемпературных конструкционных материалов. Рассмотрены такие вопросы, как использование 'оксидного дисперсного упрочнения в комЬинации с механическим легированием, применение быстрой кристаллизации и др. Изложены современные фундаментальные металло-физические и физико-химические представления о природе связи структуры и состава с поведением материалов в разных температурио-силовых режимах работы, в том числе в агрессивных средах. Рассмотрены материалы, полученные направленной кристаллизацией, и моиокристаллические, лишь недавно получившие применение в реальных двигателях.

Приготовленный механическим легированием порошок отличие от распыленного имеет не сферическую, а скор игольчатую или пластинчатую форму.

порошка может быть устранена его отжигом при 1200°С, вызывающим рекристаллизацию, приводящую к образованию беспорядочно распределенных равноосных зерен [11]. Подобные колебания температуры возможны при проведении операции уплотнения порошков. Обычно частицы порошка, полученного механическим легированием, представляют собой диски размером примерно 200x100 мкм и толщиной 50-100 мкм.

Представлены сведения о природе, технологии и особенностях производства и применения металлических жаропрочвых сплавов (суперсплавов на основе Ni, Со, Fe, а также— впервые— Nb и Мо) и других высокотемпературных конструкционных материалов. Рассмотрены такие вопросы, как использование оксидного дисперсного упрочнения в комбинации с механическим легированием, применение быстрой кристаллизации и др. Изложены современные фундаментальные метал-лофизические и физико-химические представления о природе связи структуры и состава с поведением материалов в разных температурно-силовых режимах работы, в том числе в агрессивных средах. Рассмотрены материалы, полученные направленной кристаллизацией, и монокристаллические, лишь недавно получившие применение в реальных двигателях.

Физико-химические методы получения порошков связаны с изменением химического состава исходного материала в результате физико-химических превращений. Металлические порошки получают восстановлением металлов из оксидов, солей, ангидридов активным веществом (водородом, магнием, алюминием, кальцием, углеродом, оксидом углерода). Восстановление осуществляют в твердом состоянии, парогазовой фазе, из расплава, в плазме. Металлические порошки получают также электролизом водных растворов или расплавов, термической диссоциацией (разложением) карбонидов металлов, термодиффузионным насыщением, методом испарения — конденсации. Композиционные порошки получают механическим легированием в энергоемких размольных агрегатах — атгриторах, вибромельницах.

КМ с алюминиевой матрицей. Перспективы эффективного использования КМ с алюминиевой матрицей обусловлены достаточно высокими удельными прочностными характеристиками материала матрицы, например, применение волокнистых КМ с алюминиевой матрицей позволяет получить значительное преимущество в удельной жесткости и снизить массу конструкции на 30...40 %. К числу достоинств данных материалов следует относить и достаточно низкие технологические температурные параметры: до 600 °С при получении КМ твердофазными методами и до 800 °С — жидкофазными. Алюминиевая матрица отличается высокими технологическими свойствами, обеспечивает достижение широкого спектра механических и эксплуатационных свойств. При дискретном армировании КМ с алюминиевой матрицей используют частицы из высокопрочных, высокомодульных тугоплавких веществ с высокой энергией межатомной связи — графита, бора, тугоплавких металлов, карбидов, нитридов, боридов, оксидов, а также нитевидные кристаллы и короткие волокна. Существуют различные способы совмещения алюминиевых матриц с дисперсной упрочняющей фазой: твердофазное или жидкофазное компактирование порошковых смесей, в том числе приготовленных механическим легированием; литейные технологии пропитки пористых каркасов из порошков или коротких волокон, или механического замешивания дисперсных наполнителей в металлические расплавы; газотермическое напыление композиционных смесей.

процесса спекания. Его существенный недостаток — значительные изменения геометрии и формы изделия. Активирование спекания можно обеспечить механическим легированием.

По сравнению с термоусталостными лучшими возможностями обладают так называемые установки с независимым механическим нагружением [220, 258, 272]. Такие испытательные установки позволяют получать нагрузки (деформации) любой требуемой величины. Простейшим видом таких испытательных машин являются установки кинематического типа [253, 258]. Температурный режим синхронизируется с помощью системы автоматики с началом отдельных этапов процесса нагружения.

Для осуществления пульсирующего иди знакопеременного кручения разработана установка, позволяющая проводить испытания при комнатной и повышенных температурах. Принципиальная схема установки представлена на рис.3. Установка относится к типу наштательних машин с механическим нагружением вертикально расположенного образца и рычажно-маятниковнм моментоивмеритвлвм.

Проблема усталости металлов может быть решена только в том случае, если будут разработаны достаточно надежные методы, позволяющие прогнозировать зарождение усталостной трещины, описать процесс ее развития и предсказать момент окончательного разрушения с учетом влияния основных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. В большинстве выполненных исследований многоцикловой усталости металлов в качестве критерия разрушения принималось полное разрушение образца, что характерно для установок с прямым механическим нагружением, или возникновение трещины определенных размеров, что характерно для электромагнитных и электродинамических и других установок, когда испытания проводятся в резонансном режиме.

По сравнению с термоусталостными лучшими возможностями обладают так называемые установки с независимым механическим нагружением [13—16]. Такие испытательные установки позволяют получать нагрузки (деформации) любой требуемой величины.

Так как при облучении можно получить сколь угодно высокие концентрации точечных дефектов, открывается возможность повышения эффекта упрочнения и сокращения цикла программного нагружения за счет сочетания радиационного воздействия с механическим нагружением. На ряде металлов была показана высокая эффективность упрочнения при программном нагружении облученных образцов [62—65J. Так, например, программное нагружение образцов никеля, меди, алюминия после облучения высокоэнергетичными электронами повышает предел текучести в несколько раз при сохранении ресурса пластичности металлов f65J. Облучение кристаллов фтористого лития в напряженном состоянии сопровождается существенным упрочнением и увеличением степени пластической деформации до разрушения [66/.

затяга и т.д. действуют также и термические напряжения, обусловленные нестационарными процессами нагрева и охлаждения. Указанные процессы могут, как правило, периодически повторяться. В условиях стационарного неравномерного температурного поля, созданного постепенным изменением температур, опасность нарушения прочности детали определяется только механическим нагружением, так как при длительной работе происходит полная релаксация напряжений [4]. Однако резкие изменения режимов в процессе пуска турбины, аварийные изменения работы, разные заданные режимы работы неизбежно приводят в целом ряде случаев к более или менее резким изменениям температуры отдельных деталей. Число таких циклов (теплосмен) за весь период работы турбины может быть очень большим. По ряду обстоятельств возможны очень резкие изменения температуры за весьма короткие промежутки времени. В результате таких условий эксплуатации детали могут получить повреждения, очень сходные с повреждениями от усталости. Поэтому к материалу деталей, работающих при нестационарных тепловых режимах, должно предъявляться требование выдерживать достаточно большое число резких теплосмен при эксплуатации.

3. Контроль изделий в динамических режимах, вызванных механическим нагружением, нагревом (охлаждением) или вибрационными нагрузками. Во всех этих случаях происходит изменение геометрии изделия и производится сравнение нового состояния изделия с его прежним голографическим изображением. Голографическим методом в сочетании с механическим нагружением контролируют сосуды, мембраны, однослойные и многослойные изделия ответственного назначения, шины и т. д. При нагружении деформация в областях, ослабленных наличием отклонений от нормы или дефектов, оказывается несколько большей, чем по нормальным местам, что приводит к искривлению интерференционных линий (рис. 6.15) и обнаруживает аномалии в изделии. Нагрев или охлаждение используют при голографическом контроле изделий, работающих при изменяющихся температурах, например элементы и блоки радио-

Общие сведения об измерении твердости материалов. Измерение статической твердости материалов основано на определении размеров отпечатка, возникающего на поверхности образца при вдавливании в него твердого наконечника. Наконечник (индентор) в форме шара, конуса или пирамиды из твердого материала вдавливают в исследуемую поверхность механическим нагружением. Под индентором возникает зона пластического течения материала и на контролируемой поверхности появляется отпечаток, площадь которого характеризует сопротивляемость материала пластическому деформированию. При проявлении ползучести материала отпечаток с течением времени увеличивается, и степень увеличения его площади во времени может служить характеристикой ползучести. Поскольку пластической деформации подвергается лишь малый объем, возможно многократное вдавливание индентора в различных точках и получение на одном образце набора данных о твер -дости или кривых, характеризующих ползучесть материала. В этом случае говорят о длительной твердости. Возможность автоматизации процессов изме -рения позволяет считать метод твердости одним из наиболее экономичных и эффективных методов исследования и контроля материалов и изделий.

ния в стационарных условиях нагружения (деформирования) при вариации формы циклов нагружения и нагрева. Лучшими возможностями обладают стенды с независимым механическим нагружением. Они позволяют получать нагрузки (деформации) любой требуемой величины при воспроизведении различных форм циклов нагрева и нагружения.

Рассмотрим принципиальные схемы (рис. 3.18) сравнительно простых испытательных машин с независимым механическим нагружением. Циклический нагрев образца осуществляется в основном пропусканием электрического тока через образец.

Фиг. 288. Реверсивный гидроусилитель с механическим нагружением ручки управления.

Методика испытаний на растяжение при повышенных температурах регламентирована ГОСТ 9651—73. Результаты испытаний на растяжение при высоких температурах зависят от скорости нагружения. Для испытаний на растяжение при высоких температурах скорость нагружения определена интервалом (0,04—0,1)/0 мм/мин, где U— начальная длина образца. Поэтому испытания на растяжение при высоких температурах проводят на разрывных машинах с механическим нагружением и гарантированной скоростью растяжения (например, ИМ-4Р, ИМ-12Р и др.).