INCONEL МА758: НОВЫЙ НАНОСТРУКТУРНЫЙ СУПЕРСПЛАВ.

АКУСТИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 4.2-310 К

 

К.А. Ющенко1, Ю.А. Семеренко2, Е.Д. Табачникова2, А.В. Подольский2,

Л.В. Скибина2, С.Н. Смирнов2, В.С. Савченко1

1Институт электросварки им. Е.О. Патона НАНУ; 2ФТИНТ им. Б.И. Веркина НАНУ

 

Важной проблемой в разработке конструкционных материалов с повышенной прочностью и пластичностью является обеспечение их стабильности и однородности физико-механических свойств во всем интервале температур эксплуатации от криогенных и вплоть до предплавильных температур. В настоящее время наиболее перспективным путем решения этой проблемы является упрочнение базового сплава дисперсными наночастицами тугоплавких оксидов. Такие материалы принято называть ODS (oxide dispersion strengthened) суперсплавами. Типичным представителем этого класса материалов является новый суперсплав Inconel MA758 на основе системы никель-хром упрочненной дисперсными наночастицами оксида иттрия Y2O3, полученный механическим легированием. Физико-механические свойства суперсплава Inconel MA758 при температурах выше комнатной были подробно изучены ранее [3-5], а микроструктура приведена в [1].

В настоящей работе впервые в области температур 4.2-310 К изучены акустические и механические свойства суперсплава Inconel MA758.

Фактический состав изученного образца суперсплава Inconel MA758 был определен методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа: Cr 29.5±0.4%, Fe 0.8±0.06%, Ni 62.7±0.4%, Cu 4.6±0.09%, Zn 2.03±0.07%, Y 0.5±0.03%.

Акустические измерения выполнены методом механической резонансной спектроскопии на частоте 3.3 кГц в амплитудно-независимой области звуковой деформации ~ 10-7. При изучении акустических свойств установлено, что при повышении температуры от 4.2К до 300К модуль Юнга образца монотонно понижается от 241ГПА до 227ГПа, а поглощение линейно возрастает (рис. 1). При этом на температурных зависимостях акустического поглощения и модуля упругости не наблюдаются какие-либо особенности релаксационной природы, что, вероятно, связано с блокировкой динамических дислокационных процессов дисперсными наночастицами оксида иттрия Y2O3.

Рис. 1. Температурные зависимости модуля Юнга Е (а) и логарифмического декремента колебаний d (б) суперсплава Inconel MА758.

 

Механические измерения выполнены путем одноосного сжатия при скорости относительной деформации 4.5·10-4 с-1 при температурах 4.2, 77 и 300К. Измерен условный предел текучести, максимально достигнутое напряжение и пластическая деформация. На рис. 2a показаны деформационные кривые суперсплава Inconel MA758, полученные в режиме одноосного сжатия. При всех исследованных температурах на деформационных кривых наблюдаются две основные стадии пластической деформации: при деформациях менее 3-5 % наблюдается параболическая зависимость напряжения от деформации, которая потом сменяется протяженным линейным участком. При температуре 4.2К на деформационной кривой наблюдается скачкообразная деформация, которая начинается практически после условного предела текучести и продолжается на всех последующих стадиях деформации с монотонным увеличением амплитуды скачков.

При понижении температуры от 300К до 4.2К предел текучести образцов повышается и при температурах 300, 77 и 4.2 К составляет 555, 850 и 940 МПа, соответственно. Увеличение значений предела текучести при понижении температуры от 300 до 4.2 К составляет 70 % (рис. 2б), что значительно превышает изменения модулей упругости в этом интервале температур. Соответственно, наблюдаемая температурная зависимость предела текучести свидетельствует о термоактивируемом характере пластической деформации. При всех исследованных температурах пластичность сплава сохраняется на достаточно высоком уровне до деформаций ~20-30%.

 

Рис. 2. Механические свойства суперсплава Inconel MA758 при одноосном сжатии: а) деформационные кривые при температурах 300, 77, 4.2 К; б) температурная зависимость предела текучести.

 

Известно, что структурно-фазовые превращения сопровождаются появлением пика акустического поглощения, температура локализации которого соответствует температуре превращения. Как правило, температуры прямого и обратного превращения не совпадают и на температурной зависимости модуля упругости наблюдается гистерезисная петля, а температура локализации пика акустического поглощения меняется при нагреве и охлаждении [6-8]. Отсутствие на полученных температурных зависимостях акустического поглощения и модуля упругости особенностей и гистерезисных петель, характерных для структурно-фазовых превращений, свидетельствует о стабильности структуры изученного суперсплава в исследованном интервале температур.

Установлено, что в интервале температур 4.2-310 К суперсплав Inconel MA758 обладает стабильной структурой и достаточно высокими прочностью и пластичностью. На основании анализа температурных зависимостей модуля Юнга и предела текучести исследуемого сплава сделан вывод о термоактивируемом характере пластической деформации в интервале температур 4.2-300 К.

 

1.   P.R. Soni, Mechanical alloying: fundamentals and applications (Cambridge: England: Cambridge International Science Publishing: 2000).

2.   Hand book of non-ferrous metal powders: technologies and applications (Elsevier: 2009).

3.   Special Metals Corporation Company brochure: Inconel alloy MA758 (Special Metals Corporation Company: 2004).

4.   Inconel Alloy Ma758, Alloy Diag., ASM International, Rev. May (1996).

5.   ASM specialty handbook: nickel, cobalt and their alloys (Materials Park: OH: ASM International: 2000).

6.   В. С. Постников, Внутреннее трение в металлах (Москва: Металлургия: 1974).

7.   С.П. Никаноров, Б.К. Кардашев, Упругость и дислокационная неупругость кристаллов (Москва: Наука: 1985).

8.   А. Новик, Б. Берри, Релаксационные явления в кристаллах (Москва: Атомиздат: 1975).