Ученые из Японии и Германии создали суперсплав, стойкий к высоким нагрузкам и температуре

Ученые из Японии и Германии  создали суперсплав, стойкий к высоким нагрузкам и температуре

Многие ключевые технологии основаны на системах, работающих при повышенных температурах, начиная от систем преобразования энергии в автомобильной промышленности и электростанций до силовых установок в авиационных двигателях и ракетах. Во всех этих устройствах тепловая энергия преобразуется в механическую энергию. Некоторые критические высокотемпературные компоненты ограничивают срок службы таких систем; они полагаются на высокотемпературные материалы, которые могут выдерживать механические нагрузки при высоких температурах. Высокотемпературные процессы и критические высокотемпературные компоненты могут различаться разными способами; однако их общий аспект является устойчивой движущей силой для повышения тепловой эффективности, что выражается в втором законе термодинамики. Поэтому исследователи в этой области стремятся разработать материалы, которые могут работать при более высоких рабочих температурах.

В настоящее время монокристаллические суперсплавы на основе Ni, которые используются для лопаток турбин, являются наиболее коммерчески успешным классом металлических высокотемпературных материалов. Однако они не могут использоваться при температурах выше 1200 ° C. Верхний предел температуры для использования материала зависит от его температуры плавления, что составляет 1455 ° C для Ni. Для суперсплавов на основе Ni также необходимо учитывать температуру, при которой усиливающая γ'-фаза растворяется (γ'-solvus), то есть примерно 1200 ° C. Поскольку однофазные сплавы не проявляют хорошей высокотемпературной прочности, их необходимо усилить с помощью диспергирующих тонких частиц частиц. Огнеупорные металлы, такие как Mo, имеют гораздо более высокие температуры плавления, чем Ni (Mo: 2623 ° C 5); поэтому сплавы на основе Mo считаются привлекательными кандидатами для применений сверхвысокой температуры. Тройная система Mo-Si-B получила большое внимание в научной литературе. Однако эта система страдает от высокотемпературного окисления и нуждается в укреплении более стабильными частицами. Исследования в этой области продолжаются. В последние пять лет система с усилением частиц типа MoSiBTiC была разработана с составом 65Mo-5Si-10B-10Ti-10C . В этом исследовании этот материал упоминается как сверхмощный сплав Мо (MoSiBTiC).

Интерес к высокой температуре плавления Mo обусловлен тем, что плотность вакансий уменьшается с относительным расстоянием до точки плавления и, следовательно, с разными гомологичными температурами T h , которые выражают температуру материала в виде доли его точки плавления ( T / T m , температуры в K). При данной температуре металл с более низкой температурой плавления имеет более высокий T h, чем металл с более высокой температурой плавления; поэтому первая будет содержать более высокую плотность тепловых вакансий и быстрее ползут. Прочность металлических материалов зависит от подъема дислокаций, что, в свою очередь, зависит от наличия вакансий. Исследования прочности в последние десятилетия показали, что необходимо укрепить металлические сплавы с помощью тонкодисперсных частиц, что привело к усилиям по развитию, рассмотренным выше сплавов .

Прочность- захватывающая тема исследования сама по себе. Он представляет собой зависящую от времени пластическую деформацию материалов и проявляет сильную напряженную и температурную зависимость.












Экспериментальные данные ползучести представлены как кривые зависимости деформации от времени.




В данной работе исследовали сплав MoSiB с добавками Ti и C, который имеет номинальный химический состав 65Mo-5Si-10B-10Ti-10C (at%). Материал был приготовлен по способу переработки слитка металлургической массы из исходного сырья, состоящего из чистого Mo (99,99%), Si (99,9999%), B (99,95%) и порошка TiC с холодным прессованием (чистота 99%, размер зерна: 2-5 мкм). Во-первых, 90 г слитков диаметром 45 мм были приготовлены путем дуговой плавки (пять циклов повторного плавления) в атмосфере защитного аргона с использованием водоохлаждаемого Cu-тигля. Затем отлитый й материал подвергали термообработке гомогенизации при 1800 ° С в течение 24 часов в атмосфере аргона. Микроструктуру наблюдали с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-7800F, работающего в режиме электронного рассеяния (BSE). Сканирующая электронная микроскопия (SEM) также использовалась для изучения влияния ползучести на микроструктуру. Вторичный электронный SEM использовался для выяснения, сформировались ли полости ползучести, и изображение ориентации SEM (EBSD) было использовано для уточнения того, могут ли быть обнаружены какие-либо изменения уровня зерен фазы Mo ss после разрушения.









Высокотемпературные испытательные установки, используемые в этом исследовании.

( a ) Испытательная система с замкнутым контуром с вакуумной камерой; весоизмерительная ячейка (L) и переднее стеклянное окно (GW) подсвечиваются.

( b ) Система экстензометра, расположенная перед GW.

( c ) Открытая вакуумная камера с образцом (стрелка вниз) и термоэлементы (T) выделены.

( Г ) образец A и графит , погрузочные захваты. Ширины двух зазоров Δ1 и Δ2 записываются во время тестирования.











Образец , используемый в этом исследовании.


( a ) Геометрия плоского образца (все размеры указаны в мм).


( б ) Образцы до и после разрушения. Разрыв произошел в центре длины калибра.




Эта работа была поддержана Программой исследований и разработок Advanced Low Carbon Technology (ALCA) Японской науки и техники (JST) (№ JPMJAL1303). Г. Эггелер признает финансирование через Японское общество содействия науке (JSPS).


Отдел материалов и науки, Высшая инженерная школа, Университет Тохоку, Сендай, 980-8579, Япония

    • Шихо Ямамото Камата
    • , Дайки Канекон
    • , Yuanyuan Lu
    • , Нобуаки Секидо
    • , Куичи Маруяма
    • & Kyosuke Yoshimi
    1. Институт материалов, Рурский университет Бохум, Universitaetsstrasse 150, D-44780, Бохум, Германия

      • Гюнтер Эггелер


  • Написать:
    19:27
    46
    Нет комментариев. Ваш будет первым!