Сплави на основі алюмінідів нікелю

З алюмінідів нікелю найбільший інтерес як жароміцні матеріали представляють інтерметаліди Ni₃Al та NiAl, які мають досить високі характеристики жароміцності та жаростійкості.

Алюмінід нікелю Ni₃Al складає основу фази бертолідного типу — g¢-фази. Фази Ni₃Al – надструктура з кубічною граткою. В елементарній комірці такої гратки атоми алюмінію займають вершини куба, а атоми нікелю – центри граней. При кімнатній температурі межа міцності (s_В) литого алюмініду Ni₃Al стехіометричного складу (13,3% Al) складає 190-215 МПа і відносне подовження (d) дорівнює »1%. Збільшення вмісту алюмінію до 14% призводить до деякого підвищення s_В=270-350 МПа і d=1,2-1,7% литого інтерметаліду. Межа текучості інтерметаліду Ni₃Al, який отриманий методами порошкової металургії, коливається в межах від ~100 МПа до ~900 МПа при зміні величини зерна від d=1000 мкм до d=3 мкм. Відносне подовження при цьому складає 1-2,5%. На відміну від металів та сплавів s_0,2 g¢-фази (Ni₃Al) з підвищенням температури до певної величини не зменшується, а зростає. Аномальна температурна залежність міцностних властивостей інтерметаліду Ni₃Al пов’язана з особливим механізмом руху дислокацій.

Монокристали Ni₃Al мають високу пластичність, у той час, як полікристали Ni₃Al відрізняються крихкістю. Крихкість полікристалів Ni₃Al є наслідком слабкості меж зерен та ускладнення здійснення ковзання по межам зерен.

Пластичність та міцність інтерметаліду Ni₃Al можна підвищити подрібненням зерна та підвищенням чистоти вихідних матеріалів. Найбільш ефективним способом підвищення комплексу його властивостей є легування.

Низькотемпературну пластичність Ni₃Al найбільш ефективно підвищують невеликі добавки бора (0,05-0,1% ат.), який сегрегує на межах зерен та ліквідує міжзеренне руйнування. Інтерметалід Ni₃Al без добавки бора має відносне подовження d»1%, а відносне подовження сплавів NiС-23-24%Al-0,1%В досягає 35-50% при кімнатній температурі. Сплав з 0,1%В можна піддавати холодній прокатці зі ступенем деформації 90% без проміжних відпалів. Ефективність впливу бору на пластичність залежить від співвідношення Ni/Al: наприклад, при введенні 0,1%ат. В у сплав з 24% Al d»35%, а та ж добавка бору у сплав з 26% Al не змінює пластичності сплаву.

По зростанню інтенсивності зміцнення легуючі елементи можна розташувати у наступний ряд: хром, ванадій, титан, молібден, вольфрам, ніобій, тантал, цирконій, гафній.

Елементи тим сильніше зміцнюють Ni₃Al, чим далі від нікелю (вліво та нижче) вони розташовуються в періодичній системі Д.І. Менделєєва.

Інтерметалідне з’єднання Ni₃Al може бути основою створення ливарних жароміцних сплавів з робочими температурами до 1250°С, які відрізняються високою термічною стабільністю та низькою щільністю. Вітчизняні сплави на основі Ni₃Al – ВКНА-1В і ВКНА-4У відносяться до комплекснолегованих. Жароміцність сплаву ВКНА-1В при температурах 1100-1300°С вища, ніж у кращих жароміцних нікелевих сплавів.

Інтерметалід NiAl відноситься до дальтонідів з впорядкованою кубічної об’ємноцентрованою кристалічною граткою. Температура плавлення NiAl складає 1638°С, теоретична щільність – 6,02 г/см³.

Інтерметалід NiAl більш крихкий, ніж Ni₃Al. Крихкість NiAl – його природна властивість, найретельнішим очищенням не вдається перевести його в пластичний стан.

Таблиця 8.18 – Механічні властивості алюмінідів нікелю та сплавів на їх основі (В.П. Бунтушкін, Е.Н. Каблон, Хортон, Грейль)

Позитивний вплив на пластичність здійснюють мікролегування NiAl добавками Y, Ga, Cr, Mo, Cu, легування Fe та Co, використання високо чистих вихідних матеріалів.

Міцностні характеристики NiAl підвищують титан, ніобій, тантал, мідь. Сплави на основі NiAl більш жароміцні, ніж на основі Ni₃Al, але менш пластичні.

Поиск по сайту: