Композиционные материалы на никелевой матрице

Армированию чаще подвергают жаропрочные никелевые сплавы, чтобы увеличить время их работы и рабочую температуру до 1100—1200 °С. Для армирования никелевых сплавов применяют упрочнители: нитевидные кри­сталлы А1203 (усы), проволоки тугоплавких металлов и сплавов на основе W и Мо, волокна углерода и карбида кремния. Армирование никеля и нихрома усами А1203 выполняют методами по­рошковой металлургии. Для улучшения прочности связи волокно—матрица в шихту вводят титан и хром. Прочность композиции при содержании усов 9% А1203 достигает 1800—2100 МПа, а удельная прочность 22—25 км. Наиболее широкое распространение получило армирование жаропроч­ных никелевых сплавов вольфрамовой проволокой. Композиционный мате­риал в этом случае получают способа-

ст„МПа

	\ 4 \V,5
	/NV4 \\У
	- 7 ^О^ 1 1 1

800 1200 /,°С

Рис. 10.15. Зависимость предела проч­ности чистого никеля (1), сплава ЖС6К (2), сплава ХН60В (3) и сплава ХН60В, упрочненного проволокой ВТ15 в коли­честве 34% (Д 28% (5), 22% (б), 15% (7)

ми пластического деформирования: прокаткой, сваркой взрывом.

Так, методом динамического горячего прессования в вакууме па­кетов из чередующихся слоев жаро­прочного никельхромовольфрамово-го сплава ХН60В и слоев проволоки ВТ15 диаметром 0,15—0,18 мм по­лучают композицию, отличающуюся повышенной кратковременной проч­ностью при 1100—1200 °С по срав­нению с неармированной матрицей (рис. 10.15). Прочность вольфрамо­вой арматуры до конца не использу­ется в связи с появлением дефектов в отдельных волокнах при ударном уплотнении. Модуль упругости ком-

позиции увеличивается с рос­том содержания упрочнителя согласно закону аддитивности и при 34% проволоки ВТ 15 он составляет 265-103 МПа. Дли­тельная прочность композиции

а„ МПа

20 10

ХН60В—ВТ 15 (34%) на базе ⁵
100 ч при 1100 и 1200 °С равна
соответственно 104 и 55 МПа. ₂

_i_

_L_

2 5 10 20 50 100 200 500 ', ч Рис. 10.16. Длительная прочность сплава ВКН-1 при температурах 1100 °С (1), 1200 °С (J) и сплава ЖС6К при температуре 1100 °С (2)

Длительная работа компо­зиции приводит к разупрочне­нию арматуры в связи с разви­тием в проволоке ВТ 15 рекри-сталлизационных процессов, ускоряемых действующей на­грузкой и диффузией никеля и хрома из матрицы в волокна.

Композиционный материал ВКН-1 (матрица — литейный жаропрочный сплав ЖС6К, упрочненный вольфрамовой проволокой ВА диаметром 0,5 мм) получают вакуумным всасыванием. Длительная прочность ВКН-1 выше прочности сплава ЖС6К, и при одинаковых значениях нагрузки и долговеч­ности он по сравнению с неармированной матрицей имеет резерв по темпе­ратуре 100 °С (рис. 10.16).

Перспективными упрочнителями для жаропрочных матриц могут быть волокна карбида кремния и углеродные волокна, отличающиеся высокой температурой разупрочнения. Их использование в качестве армирующих элементов сдерживается совместимостью с жаропрочной матрицей. Пробле­ма решается в настоящее время путем разработки барьерных покрытий для этих видов упрочнителей.