Эвтектические композиционные материалы на основе никеля

Композиционные материалы на основе никеля являются жаропрочными материалами. Физико-механические свойства некоторых композиционных материалов приведены в табл. 10.10.

Таблица 10.10. Физико-механические свойства эвтектических композиционных материалов на основе никеля

Матрица	Упроч-	Общая доля	/ °С	р, г/см3	а„	£10~3,	5,%
	нитель	упрочнителя, %			МПа	МПа
	Волокнистые композиционные материалы
Ni	W			—		—
Ni	NbC			8,8		—	9,5
Ni—Со—Си—А1	ТаС		—	8,8		—
	Пластинчатые композиционные материалы
Ni	NiBe	38—40		—
Ni	Ni3Nb			8,8		—	12,4
Ni—NijAl	Ni3Nb	—		—		—	2,3
NijAl	Ni3Nb			8,44		24,2	0,8

Пластинчатые композиции, содержащие объемную долю упрочняю­щей фазы более 33—35%, относятся к хрупким. К пластичным относятся композиции на основе никеля с содержанием объемной доли волокон 3— 15% из карбидов тантала, ниобия,

а„МПа

	N^ •и1ф= 10,5 см/ч
	^\.
	^\^\
	■0,,,= 0,5 см/ч^^^^ i 1 1

1200 /, °С

Рис. 10.18. Зависимость а, пластинча­той эвтектики Ni₃Al—Ni₃Nb от темпе­ратуры и скорости кристаллизации

гафния. Прочность карбидов близка к прочности усов, полученных из газовой фазы, и колеблется в преде­лах 600—1200 МПа.

Процесс деформирования эвтек­тических композиций никель—карбид (Та, Nb, Hf) сопровождается интен­сивным дроблением (фрагментацией) армирующих волокон. Фрагментация охватывает всю рабочую зону и про­исходит в произвольном сечении. Раз­рушение волокон тем не менее не приводит к разрушению всей компо­зиции, поскольку деформирующаяся и вследствие этого упрочняющаяся мат-

сплавы

а„МПа 800

300 200 100

800 900

1100 _t, °с

Рис. 10.19. Влияние температуры на 100-часовую длительную проч­ность жаропрочных никелевых сплавов (/ — ЭИ741, 2 — ЭИ437Б, 3 — ЖС6, 4 — ЖС6Ф) и эвтектических композиционных материалов (5 — (Ni—NijAl)—Ni₃Nb, 6 — Ni₃Al—Ni₃Nb)

рица воспринимает нагрузку, которую несли разрушающиеся волокна. Разрушение композиции происходит по достижении волокнами (в ре­зультате фрагментации) критической длины. Легирование никелевой матрицы (например, Си, А1 и другими элементами) повышает ее проч­ность вследствие образования твердого раствора и выделения из него при охлаждении дисперсных частиц. Повышение прочности матрицы в результате ее легирования неизбежно приводит к повышению прочности всей композиции.

Прочность пластинчатых эвтектик возрастает с уменьшением межпла­стинчатого расстояния, которое в свою очередь зависит от скорости охлаж­дения композиции (рис. 10.18). Разрушение хрупких пластинчатых эвтектик происходит вслед за разрушением небольшого числа пластин.

При повышенных температурах пластичность волокнистых эвтектик понижается. С ростом температуры деформационное упрочнение матри­цы не происходит и она не способна воспринимать напряжения, появ­ляющиеся в результате фрагментации волокон. Дробление волокон при высоких температурах происходит в узкой области, прилегающей непо­средственно к зоне разрушения.

Пределы длительной прочности эвтектических композиционных i териалов превосходят пределы длительной прочности современных > ропрочных сплавов при рабочих температурах выше 900 °С (рис. 10.IS

Эвтектические композиционные материалы на основе никеля п] меняют в основном в космической и ракетной технике для изготов ния сопловых рабочих лопаток и крепежных деталей газотурбинн двигателей.