Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Загальні положення, класифікація та галузі використання



 

 

Інтерметаліди вже давно використовують для різних призначень. Добре відоме використання алюмінідів та силіцидів в якості захисних покриттів при гарячій деформації та термічній обробці хімічно активних металів. Інтерметаліди складають основу сплавів-накопичувачів водню, які легко поглинають велику кількість водню при температурах, близьких до кімнатної, та віддають його при невисокому нагріві при зниженні тиску. Інтерметаліди, зокрема, SmCo5, Sm2Co17, Fe14NdB використовують як магнітожорсткі матеріали з високими магнітними характеристиками. Ряд інтерметалідів (Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Ge та інші) відносять до досить перспективних надпровідних матеріалів.

Інтерметаліди є перспективними конструкційними матеріалами. Наприклад, алюмініди – титану (TiAl, Ti3Al) i нікелю (NiAl, Ni3Al) є конструкційними матеріалами, що успішно використовуються в авіаційній техніці завдяки їх малій щільності, високій жаростійкості та жароміцності, гарним ливарним властивостям.

Окремий клас сплавів складають матеріали з ефектом пам’яті форми. На прикладі нікеліду титану була винайдена здатність деяких металевих матеріалів запам’ятовувати свою форму, яка передувала деформації та відновлювати її після певного теплового впливу.

Інтерметалідними сполуками або інтерметалідами називають з’єднання металів між собою, причому, до компонентів інтерметалідів відносять також й ковалентні кремній та германій. Загальна класифікація інтерметалідів включає до себе дальтоніди, бертоліди та фази Курнакова. Під дальтонідами розуміють фази на основі інтерметалідів постійного (певного) хімічного складу, яким на кривих склад-властивість відповідає сингулярна, особлива точка С (рисунок 8.35), положення якої не залежить від температури вимірювання властивостей.

 

Рисунок 8.35 – Схеми залежностей міцностних властивостей сплавів від складу для систем з дальтонідом (а), бертолідом (б, в) та надструктурами Н.С. Курнакова (г)

 

Бертоліди – фази на основі інтерметалідів перемінного хімічного складу, для яких на кривих склад-властивість сингулярна точка відсутня. На діаграмах склад-властивість бертолідних фаз можуть спостерігатися максимуми або мінімуми властивостей, але вони не мають сингулярного характеру та їх положення залежить від температури та тиску. Бертоліди представляють собою сполуки у стані дисоціації (рисунок 8.35, б) або тверді розчини на основі мнимих інтерметалідів (рисунок 8.35, в).

Під фазами Курнакова розуміють безперервні тверді розчини між дальтонідами й бертолідами. Фази Курнакова поки ще не використовують ні як конструкційні, ні як функціональні матеріали.

Самостійний клас інтерметалідів – сполуки Н.С. Курнакова. Сполуки Курнакова утворюються в результаті впорядкування атомів невпорядкованих твердих розчинів при зниженні температури (рисунок 8.35). Вперше такі фази були винайдені Н.С. Курнаковим в сплавах системи Cu-Au (Cu3Au, CuAu). Сполуки Курнакова мають досить високі пластичні властивості. Таким чином слід відрізняти «фази Курнакова» та «сполуки Курнакова».

До дійсного часу виявлено та описано більше 1500 інтерметалідних сполук, які утворюють близько 200 різних типів кристалічних структур. До перспективних конструкційних матеріалів відносять наступні типи інтерметалідів:

1. фази типу А3В з кубічною кристалічною граткою (Ni3Al, Ni3Si, Ni3Fe, Ni3Mn, Zr3Al);

2. фази типу А3В з гексагональною граткою (Ti3Al, Ti3Sn);

3. алюмініди типу М3Al (А3В) зі структурою, що відрізняється від перших двох (Fe3Al, Nb3Al);

4. алюмініди типу МAl3 (NbAl3, NіAl3, ТаAl3, TiAl3, ZrAl3);

5. фази типу АВ (TiAl, CuAu, NіAl, СоTi, СоZr, NіВе, FeAl, FeСо, TiNi);

6. потрійні алюмініди: Al1-x-yTixМеy, де Ме – Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni;

7. потрійні фази Лавеса (TiCr1,5Si0,5, ТаFeAl, ТаNіAl, NbNіAl);

8. силіциди (МоSi2, NbSi2, Nі3Si, TiSi2, Ti5Si3, Mg2Si, CoSi2).

На рисунку 8.36 представлені елементарні комірки інтерметалідів типу А3В та АВ.

Високотемпературні інтерметалідні сплави повинні мати наступні властивості: високі міцностні та жароміцностні питомі характеристики, достатній опір втомленню, прийнятні пластичність та технологічність, високий опір корозії та окисленню.

Найбільш практичний інтерес мають алюмініди та сплави на їх основі за наступними причинами:

а). алюмініди та сплави на їх основі мають високі міцностні властивості при робочих температурах, що властиві нікелевим сплавам, та вище них (при меншій щільності). Особливу увагу викликають інтерметаліди з високою температурою плавлення: Nb3Al (1960°C), MoSi2 (2030°C), що призначені для роботи при температурах вище 1200°С. Стрічки зі сплаву Nb3Al, що швидко закристалізовані, мають тимчасовий опір розриву 900 МПа при 1300°С й 700 МПа при 1400°С. У зв’язку з цим вважають, що жароміцні матеріали на інтерметалідній основі заповнять прогалину в температурах експлуатації, яка спостерігається між нікелевими сплавами (~1100°С) та керамікою (>1300°С). Межову температуру експлуатації інтерметалідів оцінюють рівною 0,5-0,7ТПЛ (переважно 0,5ТПЛ).

б). алюміній істотно знижує щільність сплавів. Так, зокрема, щільність інтерметаліду TiAl у 2,5 рази менша, ніж у жаростійких нікелевих сплавів. Низька щільність алюмінідів сприяє підвищенню питомих характеристик міцності та жароміцності. В останній час активно вивчається та використовується один з самих легких інтерметалідів – Mg2Si (щільність якого 1,94 г/см3).

в). в порівнянні з іншими матеріалами алюмініди мають високий опір окисленню. Одним з кращих матеріалів є інтерметалід Fe3Al. Високу жаростійкість мають силіциди.

Рисунок 8.36 – Елементарні комірки інтерметалідів типу А3В (а, б) та АВ (в, г) з кристалічною структурою L12 (a), D019 (б), L10 (в) та B2 (г)

 

г). алюміній відноситься до порівняно недорогих, недефіцитних легуючих елементів.

Використання інтерметалідів та сплавів на їх основі як конструкційних матеріалів гальмується за наступними причинами:

1. властива інтерметалідам крихкість, особливо, при кімнатній температурі;

2. недостатній у деяких випадках опір окисленню;

3. недостатня надійність методів проектування і передбачення тривалості експлуатації виробів з інтерметалідів;

4. відсутність постачальників якісної продукції з інтерметалідів;

5. висока вартість виробів.

Способи підвищення пластичності інтерметалідів залучають до себе: мікролегування, легування, формування оптимальної мікроструктури, підвищення чистоти вихідних матеріалів.

Відомо, що введення 0,02-0,1% В в алюмінід нікелю Ni3Al й практично в усі сплави на його основі підвищує їх пластичність. Хром позитивно впливає на механічні властивості майже усіх інтерметалідів, ніобій – покращує властивості алюмініду титану.

В дійсний час активно використовують зміцнення інтерметалідів дисперсними частками. До подібних сплавів відносяться: NiAl – NbNiAl, NiAl – TaNiAl, NiAl – Ni2AlTi, NiAl – Ni2AlTa. Дисперсне зміцнення, що реалізується методами порошкової металургії, забезпечують оксиди. До таких сплавів відносяться інтерметаліди FeAl, Fe2Al, NiAl, Ni3Al, Ti3Al, що зміцнені оксидами (Al2O3, Y2O3), карбідами (HfC), боридами (TiB2).

Для покращення механічних властивостей необхідно отримувати певний тип і параметри мікроструктури. Необхідно прагнути отримати якнайбільш дрібнозернисту структуру. З подрібненням зерна підвищуються пластичні та міцностні характеристики, ускладнюється зернограничне руйнування, створюються умови надпластичної деформації. Дрібнозернисту структуру отримують при кристалізації при великих швидкостях охолодження, вибором оптимальних умов термомеханічного оброблення, методами порошкової металургії. При надшвидкій кристалізації формується нанокристалічна структура, що призводить до підвищення пластичності, опору розтріскуванню та в’язкості руйнування.

До нових перспективних напрямків технології виробництва інтерметалідів відноситься отримання монокристалічних матеріалів.

Найбільші успіхи досягнуті у розробці конструкційних жароміцних інтерметалідних матеріалів для алюмінідів титану і нікелю, а в галузі функціональних матеріалів з ефектом пам’яті форми – для нікеліду титану.

 

 





©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.