Композиционные материалы с никелевой матрицей

Упрочняющим компонентом в композиционных материалах с никелевой матрицей являются токсичные частицы диоксида тория (ThO₂) или диоксида гафния (НfO₂). 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. 2.2), а также максимальную стабильность в матрице. Объемное содержание упрочняющей дисперсной фазы оксидов тория и гафния находится в пределах 2–3%.

Таблица 2 .2

Механические свойства оксидов Th0₂

Твердость оксида НfO₂ составляет 9070 МПа и мало отличается от твердости ThO₂.

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. 2.3).

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 ThO₂ и НfO₂ 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.

Таблица 2. 3