Композиционные материалы с никелевой матрицей

Упрочняющим компонентом в композиционных материалах с никеле­вой матрицей являются токсичные частицы диоксида тория (Th0₂) или диок­сида гафния (НЮ₂). Эти материалы обозначаются ВДУ-1 и ВДУ-2 соответ­ственно. В сплаве ВДУ-3 матрицей служит никелево-хромовый твердый рас­твор (20% хрома), а упрочнителем — диоксид гафния. Оксиды гафния и то­рия обнаруживают высокие значения микротвердости и прочности при сжа­тии (табл. 10.3), а также максимальную стабильность в матрице. Объемное содержание упрочняющей дисперсной фазы оксидов тория и гафния нахо­дится в пределах 2—3%.

Таблица 10.3. Механические свойства оксидов ТЮ₂

Твердость оксида НГО₂ составляет 9070 МПа и мало отличается от твер­дости Th0₂.

Жаропрочные свойства дисперсно-упрочненных сплавов зависят как от количества и размеров оксидных частиц, так и от размеров, формы и строе­ния зерен и субзерен матриц, формируемых при оптимальных режимах об­работки давлением и термической обработки.

Композиционные материалы ВДУ-1, ВДУ-2 и ВДУ-3 при умеренных температурах по прочности уступают жаропрочным никелевым сплавам. При комнатной температуре временное сопротивление разрыву сплавов ВДУ-1 и ВДУ-2 составляет 540—570 и 450—500 МПа соответственно, а у сплава ВДУ-3 — 800—850 МПа. Большая прочность сплава ВДУ-3 по срав­нению с остальными двумя связана с легированием матрицы хромом. При высоких температурах по жаропрочности дисперсно-упрочненные сплавы превосходят стареющие деформируемые никелевые сплавы (табл. 10.4).

Таблица 10.4. Характеристики длительной прочности сплавов ВДУ-1, ВДУ-2 и стареющего никелевого сплава

Пониженная жаропрочность сплава ВДУ-2 (а также сплава ВДУ-3) в сравнении с ВДУ-1 связана с меньшими размерами частиц оксида тория от­носительно частиц оксида гафния. Объемная доля частиц Th0₂ и НЮ₂ в сплавах не превышает 2%.

Дисперсно-упрочненные сплавы ВДУ-1, ВДУ-2 и ВДУ-3 целесообразно применять при рабочих температурах 1100—1200 °С.

Композиционные материалы ВДУ-1 и ВДУ-2 пластичны, и полуфаб­рикаты этих сплавов деформируются в широком интервале температур различными методами (ковка, штамповка, осадка, глубокая вытяжка и др.). Для соединения деталей из сплавов типа ВДУ применяют высоко­температурную пайку либо диффузионную сварку, с тем чтобы избежать расплавления. В зоне расплавления происходит агломерация частиц уп­рочняющей фазы и, как следствие, потеря сплавами жаропрочности.

Сплавы ВДУ-2, ВДУ-3 выпускают в виде труб, прутков, листов, проволоки, фольги. Их применяют главным образом в авиационном двигателестроении. Из композиций ВДУ-2 и ВДУ-3 изготавливают со­пловые лопатки, стабилизаторы пламени, камеры сгорания, а также трубопроводы и сосуды, работающие при высоких температурах в аг­рессивных средах.