Анализ структурных особенностей литых материалов, полученных с использованием ультразвука, электрических и магнитных полей, пониженной гравитации Чашечкина Жаннета Юрьевна

Содержание к диссертации

стр.
ВВЕДЕНИЕ 6

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ II

Глава I. СОЗДАНИЕ ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ

МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ 16

1.1. Дисперсноупрочненные композиционные

материалы и перспективы их применения .... І? 1.1..1.- Теоретические модели дисперсного

упрочнения материалов 19

1. Стабильность дисперсноупрочненных материалов и выбор упрочняющей фазы . . $2

2. Методы получения дисперсноупрочненных материалов . 39

1.2. Исследование процесса формирования слитка
композиционного материала на никелевой основе

в условиях зонного переплава 46

1.2.1, Материалы и методика исследования ... 46

1.2.2. Исследование структуры исходного и
переплавленного материала 48

1.3. Получение совершенной гетерогенной структуры
литых жаропрочных композиционных материалов

на хромоникелевой основе 55

1.3Д. Выбор материалов, методы получения и

испытаний сплавов 55

стр.

1.3.2. Исследование структуры и свойств литых жаропрочных сплавов, полученных с

использованием ультразвука . 63

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ В

УСЛОВИЯХ НЕВЕСОМОСТИ 75

2.1, Особенности кристаллизации полупроводниковых
материалов в условиях невесомости 76

2.1.1. Физические основы процесса жидкофазной
кристаллизации в невесомости 78

2.1.2, Эксперименты по выращиванию кристаллов
в условиях невесомости с использованием
жидкофазных методов кристаллизации ... 92

2.2, Структурные исследования твердых растворов

Te-Se , полученных при различных уровнях
гравитации на установке "Кристалл" 99

1. Свойства системы Te-Se 99

2. Условия получения и методы исследования образцов ^01

3. Результаты исследования твердых растворов

Te-Se . ЇО⁵

2.3, Исследование структуры кристаллов Рб^_х1п_хТе ,
полученных в условиях орбитальной станции
"Салют-6" ¹²⁰

4. Свойства системы РЬ-Те 120

5. Условия получения кристаллов РВ^__Х 1п_хТе

и методы их исследования 122

стр.
2,3.3, Результаты исследования кристаллов
Рі>, Лп^Те , полученных на установке
"Кристалл" ¹²⁷

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЫХ

АНТИФРИКЦИОННЫХ СПЛАВОВ, ПОЛНЕННЫХ В СКРЕЩЕННЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ 143

3.1, Методы управления распределением компонентов
при создании сплавов на основе систем с

областью несмешиваемости в жидком состоянии . ¹⁴⁵

6. Жидкометаллические системы с областью несмешиваемости ^45

7. Методы получения антифрикционных сплавов

на основе системы АІ-РЬ 147

3.1.3, Космическая технология получения

композитов из расслаивающихся компонентов. 151

3.1.4, Использование электромагнитных сил для
управления распределением компонентов в
расслаивающихся жидкометаллических

системах 158

2. Основные предпосылки для практической реализации МГД-метода получения композитов в условиях квазиневесомости 163

3. Исследование структуры и свойств двухфазных сплавов, полученных в условиях квазиневесомости. 173

1. Экспериментальные установки и методики проведения экспериментов 1^3

2. Приготовление образцов и методы их исследования 186

стр.

3.3.3. Результаты исследования псевдосплавов

на основе модельной системы Zn-P& .... 188

3.3.4. Результаты исследования структуры и
свойств антифрикционных сплавов на основе
системы А1-?Ь IS?

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ 216

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 219

ПРИЛОЖЕНИЕ 245

Введение к работе

В современной технике главным образом используются материалы, получаемые по плавильно-литейной технологии. Обычные приемы плавильно-литейной технологии позволяют получать материалы, состоящие только из компонентов, обладающих полной взаимной растворимостью в жидком состоянии. Это в значительной мере сужает круг получаемых материалов.

Бурно развивающаяся порошковая технология, где эти ограничения по выбору компонентов сплавов не действуют, все же в ряде случаев не дает возмолшости получить материал по своим свойствам эквивалентный получаемым плавильно-литейными методами.

С другой стороны, потребности техники сегодня таковы, что они не могут быть удовлетворены традиционно-получаемыми материалами. Идет поиск новых материалов, обладающих специфическим комплексом свойств. Эти новые материалы в большинстве случаев могут быть получены лишь с использованием новых технических средств.

В связи с этим в данной работе представлялось целесообразным оценить возможность использования некоторых сравнительно новых технических средств (ультразвука, электрических и магнитных полей, пониженной гравитации) для создания нетрадиционных материалов: типа "замороженных" эмульсий и суспензий и полупроводниковых сплавов, обладающих высокой степенью неоднородности при получении в обычных условиях. При этом преследовалась цель - получить, применяя плавильно-литейную технологию, жаропрочные сплавы на основе систем металл-окисел, новые антифрикционные материалы на основе систем из несмешивающихся в жвдком состоянии компонентов и полупроводниковые соединения более однородные по структуре и распределению легирующих компонентов.

Объектом для исследований были выбраны: сплавы на основе никеля Х20Н80, ЗД56ВМКЮ (ЭП109), ХН60К (ЭП913), а в качестве упрочняющей фазы - частицы тугоплавких окислов Ш0₂ , ZrOg и АІ% 0* ; сплавы на основе систем Zn - ?Ь и Al-РЬ ; полупроводниковые соединения типа AjyByj и твердые растворы на их основе, а именно: твердые растворы Тв-Se и кристаллы ^у-^1п_хТе

Исследование структурных особенностей материалов проводилось с использованием световой микроскопии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, локального рентгеноспектрального анализа, рентгеноструктурного анализа.

В результате проведенных исследований получен ряд новых результатов:

Установлена возможность получения равномерного распределения упрочняющей окисной фазы в литом материале на никелевой основе. Исследованы структурные особенности упрочненных частицами At₂ 0^ , Zr 0₂ жаропрочных и жаростойких сплавов на никелевой основе (Х20Н80, ХН56ВМКЮ, ХН60К), полученных при вакуумно--дуговом переплаве и обработке расплава и кристаллизующегося металла ультразвуком. Исследованы механические свойства полученных дисперсноупрочненных сплавов на никелевой основе.

Исследованы особенности кристаллизации полупроводниковых материалов - сплавов системы Те -Se и кристаллов РВ^^1п_хТе при различных уровнях гравитации. Для сплавов системы Те - Se , полученных в нормальных условиях (q/q₀ = I), в условиях микрогравитации ( ty/Qo&O ) и в условиях повышенной гравитации (Q/q₀ = 10), характерна ячеистая структура роста; при этом установлено, что наблюдаемое повышение содержания примеси (селена) по границам ячейки наиболее ярко выражено при кристаллизации в космосе. Исследование распределения примеси в поперечном сечении "космического" слитка РЬ^_х1п_хТе выявило существование резко выраженной неоднородности состава по сравнению с тем, которое имеет место в кристалле, полученном в земных условиях.

3. Показана возможность получения по плавильно-литейной технологии в скрещенных взаимно-перпендикулярных электрическом и магнитном полях (в условиях квазиневесомости) сплавов на основе систем Zn-P$ и At- РЬ , имеющих область несмешиваемости в кидком состоянии, с содержанием свинца свыше 5 вес.%; установлено, что при рационально выбранных параметрах электромагнитной обработки, режимах нагрева и охлаждения расплава можно получить структуру с равномерным распределением мелкодисперсных включений свинца по объему слитка.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

Показано, что полученные плавильно-литейной технологией сплавы на основе нихрома, упрочненные окисной фазой (частицами ZrOp), обладают более высоким уровнем жаропрочности и жаростойкости в температурном интервале 1000-1200С, чем сплавы аналогичного состава, но без добавки упрочняющей окисной фазы.

Разработаны элементы технологии получения сплавов на основе системы At-Pb , обладающих высоким уровнем антифрикционных свойств.

На защиту еыносятся следующие результаты и положения.

I. Результаты исследования структурных особенностей литых псевдосплавов типа "замороженных" эмульсий и суспензий, полученных при воздействии на процесс кристаллизации ультразвука, электрических и магнитных полей, а также соединений типа AjyByj и твердых растворов на их основе, полученных в условиях микро- - 9 -гравитации.

Условия создания равномерного распределения частиц упрочняющей окисной фазы в матрице дисперсноупрочненннх сплавов на основе никеля, полученных при вакуумно-дуговом переплаве с ультразвуковой обработкой расплава и кристаллизующегося металла.

Возможность повышения характеристик жаропрочности и жаростойкости литых сплавов на никелевой основе за счет введения частиц упрочняющей окисной фазы.

Результаты исследования структуры и распределения примеси в сплавах системы Te-Se и кристаллах PB^_xIn_KTe , полученных при различных уровнях гравитации (д/д₀ & о , $/д₀ =1, д/д₀ = = 10).

Условия создания однородного распределения мелкодисперсных включений второй фазы Совинца) в литых псевдосплавах на основе систем Zn-РЬ и А1-Р6 с областью несмешиваемости в жидком состоянии, полученных в скрещенных взаимно-перпендикулярных электрическом и магнитном полях (в условиях квазиневесомости).

Возможность создания новых литых сплавов на основе системы At-Pb с более высоким уровнем антифрикционных свойств, чем в сплавах на основе алюминия и олова.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. В первой главе представлен обзор литературных данных по дисперсноупрочненным материалам и приведены результаты исследований структуры и свойств литых дисперсноупрочненных сплавов на основе никеля, полученных с использованием ультразвука. Во второй главе анализируются литературные данные по особенностям кристаллизации полупроводниковых материалов в условиях невесомости и приведены, результаты исследований твердых растворов Te-Se и кристаллов РЬ^_к1п.цТе , полученных в условиях раз- - 10 -личной гравитации на установке "Кристалл". В третьей главе дан обзор литературы по методам управления распределением компонентов при создании сплавов на основе систем с областью несмешиваемости в жидком состоянии и приведены результаты исследований структуры и свойств двухфазных сплавов на основе систем Zrx-Pb и At~Pb , полученных в скрещенных взаимно-перпендикулярных электрическом и магнитном полях. В заключении приведены основные выводы диссертации. В приложении даны сведения по практическому использованию полученных в работе материалов, подтверждающие целесообразность их применения в промышленности. - II -

Похожие диссертации на Анализ структурных особенностей литых материалов, полученных с использованием ультразвука, электрических и магнитных полей, пониженной гравитации

Построение диаграммы состояния системы Fe-C-Cu и анализ особенностей структурообразования в сплавах этой системыГончаров, Владимир Владимирович

Разработка и особенности применения методов количественного рентгеновского анализа структурного состояния полуфабрикатов из Ti, Al и Mg сплавовАшмарин Артем Александрович

Особенности усталостного разрушения субмикрокристаллических металлических материаловПросвирнин Дмитрий Викторович

Особенности формирования структуры и свойств при выплавке, термической обработке и пластической деформации коррозионностойких свариваемых хромоникелевых сталей, легированных азотомТонышева Ольга Александровна

Ускорения диффузионных процессов в системе металл-водород и его использование в термической обработке конструкционных материаловФедоров, Валерий Васильевич

Комплексное развитие методов определения механических свойств металлических материалов с целью их эффективного использования в промышленности, на транспорте и в строительствеГудков, Анатолий Александрович

Анализ связи структурных изменений и механических свойств металлических материалов при модификации поверхности с использованием мультифрактальных представлений Колмаков Алексей Георгиевич

Использование характеристик дифракционных линий деформированных металлических материалов в оценке долговечности элементов конструкцийГришин, Владимир Анатольевич

Разработка коррозионностойких биметаллических материалов с высокопрочным соединением слоев путем использования электрошлаковой наплавкиРодионова Ирина Гавриловна

Использование метода акустической эмиссии для контроля состояния и структурных изменений в материалах и покрытияхРазуваев Александр Александрович