ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВОГО НАНОСТРУКТУРНОГО

СУПЕРСПЛАВА INCONEL МА758 В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 4.2-310 К

Ю.А. Семеренко

Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАНУ

пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина, e-mail: semerenko@ilt.kharkov.ua

 

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.

Подпись:     
Рис.1. Электронномикроскопические изображения порошков Ni (а) и Y2O3 (б).
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) сплавами. Базой для ODS сплавов наиболее часто служат аустенитные суперсплавы на основе Ni, Cr и Fe. В качестве упрочняющих частиц, как правило, используют оксиды Al2O3, TiO2, ThO2, La2O3, BeO и Y2O3. ODS суперсплавы на основе оксида иттрия Y2O3 были разработаны в 90-х годах прошлого века. Их получают методом механического легирования, который включает следующие стадии: 1) совместное перемалывание в шаровых мельницах 5 мкм порошков исходных компонент суперсплава (см. рис.1а) с добавлением мелкодисперсных конгломератов (каждая из 1 мкм гранул состоит из большого количества 20-40 нм частиц) Y2O3 (см. рис.1б); 2) запайка дегазированного порошка в герметичный стальной контейнер; 3) компактирование экструзией; 4) горячая опрессовка; 5) зонная рекристаллизация [1, 2] (см. рис.2).

Рис. 2. Получение ODS суперсплава Inconel MА758 методом механического легирования.

Подпись:  
Рис. 3. Микроэлектронограмма рекристализованного суперсплава Inconel MA758.
Одним из возможных направлений применения ODS суперсплавов с механическим легированием является их использование в качестве присадочного сварочного материала для сварки наноструктурированных сплавов. Основная идея такого применения основана на отсутствии существенной деградации структуры и свойств ODS суперсплавов с механическим легированием в зоне сварного шва.

Физико-механические свойства суперсплава Inconel MA758 при температурах выше комнатной были подробно изучены ранее [3-5]. Микроструктура суперсплава Inconel MA758 показана на рис.3.

В настоящей работе впервые в области температур 4.2-310 К изучены акустические свойства нового суперсплава Inconel MA758 на основе системы никель-хром, полученного механическим легированием и упрочненного дисперсными наночастицами оксида иттрия Y2O3.

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. Изгибные колебания свободного образца возбуждались электростатическим методом. Акустические измерения проводились в отсутствие внешнего магнитного поля. Температура стабилизировалась с точностью <50 мK при помощи AsGa термометра в области температур 5-50 K и Cu-константановой термопары при 50-310 K и изменялась со скоростью ~ 1K/мин.

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. 4). 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.

Подпись:  
Рис. 4. Температурные зависимости модуля Юнга Е (а) и логарифмического декремента колебаний d (б) суперсплава Inconel MА758.
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.

Автор выражает благодарность К.А.Ющенко и В.С.Савченко (Институт электросварки им. Е.О.Патона НАНУ) за предоставленные образцы; А.В.Подольскому, С.Н.Смирнову, Е.Д.Табачниковой и Л.В.Скибиной (ФТИНТ им. Б.И. Веркина НАНУ) за помощь в проведении исследований.

 

Литература

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).