Механического нагружения

ким (в том числе с применением механического легирования) или

ДКМ А1 - A1N, Al - Si3N4 получают методом плазмохимического синтеза, а ДКМ Al -Fe А1з - методом механического легирования.

Сочетание параметров электро- и теплопроводности важно для термоэлектрических материалов, качество которых характеризуется добротностью z = о2/(рА<)> где а — термоэдс; р — электросопротивление; А, — теплопроводность. Исследования показали, что переход к наноматериалам сопровождается ростом добротности. В частности, на примере алюминия, нихрома, нитрида титана было продемонстрировано, что уменьшение размера кристаллитов, несмотря на некоторое увеличение электросопротивления, сопровождается ростом z за счет увеличения термоэдс и снижения теплопроводности (табл. 3.7). Высокие значения добротности (z~ 4-10~3 К~') были получены также для полупроводниковых сплавов Bi2Te3—Sb2Te3, порошки которых были изготовлены методом механического легирования с последующим плазменно-разрядным спеканием. По сравнению с обычными литыми сплавами добротность сплава с размером зерна менее 1 мкм увеличилась примерно на 20 % главным образом за счет снижения теплопроводности. Значительное увеличение термоэдс (до 800 мкВ/К) было отмечено для образца p-FeSi2 с добавками А1 и Со, полученного интенсивным измельчением [31]. Рассмотренные выше размерные эффекты можно отнести к классическим. Когда размеры кристаллитов становятся соизмеримыми с де-бройлевской длиной волны электрона, могут наблюдаться квантовые размерные эффекты (см. подразд. 3.2). Для электрических свойств это может проявляться в осциллирующем характере размерных зависимостей, что было обнаружено, например, в случае низкотемпературных измерений электросопротивления пленок Bi и Sb [7].

Еще одна область применения порошковых суперсплавов — это изготовлеии располагающихся на выходе каждого контура турбины неподвижных направляющи лопаток; имеются также хорошие перспективы и для использования листовых ма териалов в качестве обшивки камер сгорания. Такие листы изготавливаются и УДО сплавов. При этом порошки исходных элементов или готовой лигатуры пере мешиваются в твердом состоянии с очень мелкими частицами оксидов и за сче механического легирования происходит формирование однородной смеси части порошка. Затем этот порошок методом горячей экструзии консолидируется д максимально возможной плотности и подвергается направленной рекристаллиза ции до получения специфической кристаллографической текстуры, в результат чего формируется анизотропная, но стабильная структура. Такие материалы мс гут применяться до температур около 1100 °С. Наличие дисперсных выделени оксидов гаравтирует высокую прочность этих материалов за счет действия ме ханизма защемления дислокаций (упрочнение Орована) при температурах^ боле высоких, чем область эффективного упрочняющего действия выделений у' -фазь Эти сплавы также вследствие образования на их поверхности оксидного ело! имеющего хорошее сцепление с матрицей, обладают хорошей коррозионной стой костью в агрессивных средах.

За период, прошедший со времени начала разработки и применения изделий из порошковых суперсплавов, были опробованы практически все сколь-нибудь известные технологические процессы их производства. Однако из-за высокой химической активности легирующих элементов, входящих в состав суперсплавов, распространение получили лишь процессы, протекающие в инертной атмосфере (в газовой среде или вакууме). Как было установлено ранее, содержание кислорода и азота в рабочей среде должно быть минимальным, а прочное соединение частиц порошка в прессованной детали возможно лишь в случае, когда их поверхности свободны от оксидов, нитридов и карбидов [5]. Всем этим требованиям удовлетворяют такие технологические процессы, как распыление в атмосфере инертного или растворимого газа, процесс с вращающимся электродом и центробежное распыление (так называемый процесс быстрого затвердевания). Требования к порошкам с дисперсными оксидами отличаются от обычных и такие порошки изготавливаются методом механического легирования.

Порошки сплавов, упрочняемых дисперсными оксидами (УДО), получают по отличающейся от описанных выше технологий методом механического легирования, что предполагает совершенно другой подход к способам получения гомогенных порошков. Механическое легирование представляет собой твердофазный (т.е. протекающий без плавления) процесс, в котором частицы исходных компонентов или готовой лигатуры и частицы оксидов в заданной пропорции перемешиваются в мощной шаровой мельнице. Размер частиц смеси лигатуры колеблется от 2 до 200 мкм. Частицы оксидов обычно имеют размер меньше 10 мкм [10]. Во время помола энергия мельничных шаров либо диссипирует в тепло, либо — при столкновениях шаров с частицами порошка — передается этим частицам. Взаимные столкновения частиц приводят к их слипанию, пластической деформации и растрескиванию. Так как процесс помола проводят в инертной среде, то и слипание и растрескивание частиц происходит по атомарно-чистым поверхностям. Продолжительность процесса дробления достаточно велика (до 24 ч), поэтому до того, как будет получен мелкодисперсный гомогенный порошок, каждая частица испытает большое число столкновений. Рентгенографический анализ соответствующим образом измельченного порошка свидетельствует о наличии одной кристаллической структуры с промежуточными относительно составляющих порошок элементов параметрами [11]. Введение в порошок очень мелких

Технологический процесс механического легирования npi меняется для получения порошка сплавов со структуре аустенитного твердого раствора (МА—754), феррита (MA—95i или у-упрочненного аустенита (МА—6000). Сплав МА—60( отличается хорошей прочностью в области средних темпер тур, где прочность сплавов МА—754 и МА—956 недостаточн Типичные химические составы этих сплавов приведены табл. 17.2. Из литературы известно, что для образован! оксидной пленки окалины содержание алюминия в этих спл вах должно быть не менее 4% по объему [12].

Порошки, полученные методом механического легирования, по своим характеристикам существенно отличаются от распыленных порошков. На рис. 17.9 показана структура типичного МА—754 механически легированного порошка. Если смотреть в микроскопическом масштабе, то такие порошки имеют

Мо В. Zr W Та Ht механического легирования

Рис.1.13. Открытия и разработки [7] в области суперсплавов [ХС — сплавы, деформируемые вхолодную ("Krupp"); СЛ — сплавы для литья но выплавляемым моделям ("Haynes"); СВВ — суперсплавы вакуумной выплавки (SMC); СИА — сварка в инертной атмосфере (GE); ЗП — защитные покрытия ("Chromallog"); ТД — дисперсное упрочнение оксидными частицами — сплавы ТД-никель ("Dupont"); ППР — порошки, получаемые распылением; НК — лопатки с лопастью, изготовленные методом направленной кристаллизации (P&W); СЭП — суперсплавы, изготавливаемые методом электродуговой плавки ("Haynes"); ЛД — литые детали с полостями для воздушного охлаждения ("Wiggin"); ГИП — горячее изоста-тическое прессование ("Battelle"); ЛМЛ — лопатки с монокристаллической лопастью (P&W); ДСП — деформирование в режиме сверхпластичности (P&W); СМЛЛ — сплавы, получаемые методом механического легирования, содержащие К' -фазу и дисперсноупрочненные оксидными частицами (INCO); ТЗП — теплозащитные покрытия (P&W); ПМ — диски турбин, изотавливаемые методами порошковой металлургии; ЛО — лазерная обработка (P&W); ППР — покрытия, нанесенные методом плазменного напыления; ЗО — защитная облицовка (GE); МБК — производство сплавов методом быстрой кристаллизации (P&W); НКЭС — направленная кристаллизация эвтектических сплавов (P&W и GE); MB — плавка методом Вадера (SMC); ВО — водяное охлаждение (GE); ТВД — изготовление турбин для вертолетных двигателей (диск с лопатками из единой заготовки); КМ — детали из композитных материалов]

В зависимости от условий старения и типа участвующих в нем кристаллических структур, образующиеся выделения могут быть либо когерентны, либо некогерентны матрице. Дис-персоиды же, такие как оксиды, всегда некогерентны. Поэтому применительно к упрочнению оксидными частицами можно ориентироваться только на механизм Орована. Фирма INCO производит суперсплавы с применением механического легирования. При этом в одном и том же сплаве могут присутствовать и преципитаты2, и дисперсоиды, а упрочнение от разных механизмов может быть аддитивным при условии, что в процессе обработки формируется, а в эксплуатации сохраняется микроструктура в виде грубых вытянутых зерен. Частицы ThO2 и Y2O3 в материале TD-Ni и других материалах, изготавливаемых с применением механического легирования, мелкодисперсны (100 — 500 А) и равномерно распределены (расстояние между частицами 500 — 3000 А). Упрочнение, вызываемое этими частицами, следует приплюсовать к упрочнению за счет границ зерен и субзерен, а также к твердо-растворному упрочнению. Важно учитывать и показатель вы-тянутости зерен ПВЗ, т.е. отношение длины L к ширине зерна /. При высоких температурах соблюдается линейная зависимость прочности от величины ПВЗ (рис. 3.7,а [37]):

Крупногабаритное сварное технологическое оборудование для нефтегазовых отраслей промышленности - абсорберы, газосепараторы, пылеуловители, реакторы гидрокрекинга, а также магистральные нефте- и газопроводы и др., эксплуатируются в сложных условиях механического нагружения и внешних воздействий (температур, изменяющихся в диапазоне от -70 до 560°С, коррозионно-активных сред, силовых нагрузок). Отмеченные факторы могут способствовать развитию трещиноподобных дефектов, возникающих в процессе изготовления (например, горячие и холодные трещины, трещины повторного нагрева) или эксплуатации (например, при отслаивании плакирующего слоя) конструкций и их преждевременному выходу из строя в результате частичного или полного хрупкого разрушения.

Таким образом, соединения КСФ1-КСФ4 адсорбируются на углеродистой стали за счет донорно-акцепторного взаимодействия активных центров молекул с катионами железа, а соединение КСФ5 — путем электростатического взаимодействия его молекул с катионами железа на поверхности стали. В обоих случаях на металле формируются защитные пленки, надежно экранирующие поверхность от негативного воздействия коррозионной среды и стойкие в условиях механического нагружения металла (в том числе знакопеременного).

Многие детали узлов трения машин в определенных условиях эксплуатации подвергаются воздействию одновременно коррозии и механического нагружения. В этих случаях усиливается интенсивность разрушения поверхностей трения и развиваются процессы коррозионно-

в процессе механического нагружения какую-то среднюю энергию

Многие оптически прозрачные материалы (стекло, полимеры, кристаллы), изотропные в обычных условиях, становятся анизотропными после механического нагружения. При прохождении света в них возникает двойное лучепреломление, величина которого характеризует степень напряженного состояния контролируемого объекта.

никающие в нем температурные напряжения. Испытания проводят при растяжении-сжатии, а также при кручении. Имеются установки, в которых предусмотрена возможность создания наряду с температурными также и синхронного -(или изменяющегося по заданной программе) механического нагружения (установки

Развитие современного машиностроения и особенно энергетической и са-молетно-ракетной техники связано с разработкой новых жаростойких конструкционных и защитных материалов, способных работать в условиях высоких температур и механического нагружения, близкого к предельному. В связи с этим значительно возросла актуальность научных исследований, направленных на установление закономерностей поведения конструкционных материалов, применяемых для деталей, работающих при высоких температурах. Выполнение таких исследований отличается большой сложностью, требует разработки новых методических приемов при проведении экспериментов и создания соответствующего испытательного оборудования.

Развитие современного транспортного и авиационного машиностроения, ускорение технологических процессов металлообработки характеризуются высокими тем-пературно-скоростными режимами механического нагружения элементов конструкций. Это требует дальнейшего совершенствования методик и испытательного оборудования для изучения поведения конструкционных материалов при высоких скоростях силового и температурного нагружения.

метре 30 мм, можно считать, что в этом случае имеет место практически равномерное распределение касательных напряжений на поверхности контакта. Применение кольцевых образцов позволяет также создавать в точках контакта материалов нормальные напряжения, которые наряду с касательными напряжениями обеспечивают моделирование сложного механического нагружения в зоне стыка. Кольцевая конструкция образца более технологична, что облегчает его изготовление.

Раздел IV посвящен построению линейной теории пластин; приведены основные^диффёренциалъные уравнения и энергетические соотношения. Обсуждаются приложения этой, теории к исследованию: 1) статического механического нагружения; 2) статической устойчивости; 3) стационарного температурного воздействия; 4) динамики пластин и, в частности, свободных и вынужденных колебаний, панельного^флаттера и ударного воздействия.

которых видно, что концентрация напряжений, возникающих на поверхности раздела под действием механического нагружения в продольном направлении и термических нагрузок, рассчитанных по уравнениям (10) и (11), а также критическая длина волокна в композите резко уменьшаются с увеличением содержания наполнителя. Следовательно, если композит подвергается воздействию механической и тепловой нагрузок, объемная доля волокна