глава 2
материалы, методика и аппартура проведения исследований
2.1. Исследуемые материалы
На основе ниобия создано большинство известных сплавов тугоплавких металлов.
Это объясняется тем, что ниобий, как основа жаропрочных сплавов, обладает
большим, по сравнению с молибденом и вольфрамом, запасом пластичности,
существенно более низкой стоимостью по сравнению с ванадием и танталом
[54,75,76]. Ниобиевые сплавы характеризуются высокой жаропрочностью,
жаростойкостью, сравнительно небольшой плотностью, хорошей технологичностью и
др. Благодаря этим свойствам сплавы на основе ниобия находят применение в
космической, авиационной и ядерной технике [19].
Ниобиевый сплав НбЦУ, разработанный институтом ГИРЕДМЕТ, характеризуется
термической стабильностью при высокотемпературной эксплуатации [19]. Сплав
имеет следующих фазовый состав: a–твердый раствор на основе ниобия, карбиды
Nb2C и (ZrNb)С. Температура полной рекристаллизации 1300…1450°С. Химический
состав сплава следующий (%мас.): 0,7…1,2Zr, 0,08…0,12C, 0,02O, остальное – Nb.
Механические свойства сплава приведены в табл.2.1.
Создание композиционных материалов на основе меди вызвано в основном
необходимостью использования ее высокой электро– и теплопроводности при
температурах до 1000°С и более, когда прочностные характеристики меди
оказываются ниже требуемых. По механизму упрочнения композиционные материалы
можно разделить на две группы: 1) волокнистые и слоистые; 2)
дисперсноупрочненные [87].
Для длительной эксплуатации при температурах выше 600…700°С предпочтительнее
применение в конструкциях дисперсноупрочненных материалов на основе меди [87].
Небольшое объемное содержание упрочняющих фаз (оксидов, нитридов, боридов,
карбидов и т.п.), не взаимодействующих с медью и не растворяющихся в ней вплоть
до температуры ее плавления, способствует сохранению в дисперсноупрочненных
медных материалах высокой пластичности и электропроводности, повышению
высокотемпературной прочности при таких температурах, когда другие методы
упрочнения становятся не эффективными.
Медный внутреннеокисленный сплав МАГТ–0,2, упрочненный оксидами алюминия,
гафния и титана, разработан в институте "Гипроцветметообработка" [33]. Тепло– и
электропроводность этого материала составляет 80…90% от уровня свойств
отожженной меди. По уровню прочностных свойств в интервале 20…1000°С МАГТ-0,2
превосходит все известные сплавы с равной электропроводностью и не
разупрочняется при кратковременных и длительных нагревах вплоть до 1050°С.
Данный сплав предназначен для элементов конструкций и деталей, которые в
процессе изготовления или эксплуатации подвергаются кратковременному или
длительному нагреву. Это детали МГД–устройств, обмотки роторов и др. Основные
свойства сплава МАГТ приведены в табл.2.1.
Таблица 2.1
Механические свойства материалов
Материал
Tисп, °С
sв, МПа
sт, МПа
d, %
aЧ106, 1/°С
EЧ10-5,МПа
МАГТ–0,2
20
500–600
440–520
15–25
16–18
100–120
800
100–150
240–350
5–7
НбЦУ
20
300–350
230–270
25–28
6–8
70–110
800
250–280
180–200
12–15
2.2. Разработка образца для проведения экспериментальных исследований
Образец для проведения экспериментальных исследований должен удовлетворять ряду
условий.
Во-первых, после изготовления образца должны отсутствовать перемещения от
общего изгиба. При проведении экспериментальных исследований возможно получение
большой погрешности из-за того, что общие деформации включают большие по
величине деформации общего изгиба, которые могут в несколько раз превышать
деформации, возникающие из-за разности КТР.
Во-вторых, габаритные размеры образца должны быть такими, чтобы можно было
обеспечить равномерный нагрев его поверхности во время проведения
исследований.
В-третьих, расшитый микрообъективом лазерный луч должен освещать поверхность
образца полностью.
С учетом вышеперечисленных требований был изготовлен опытный образец, который
представляет собой трехслойный брус из сплавов НбЦУ и сплава МАГТ–0,2
(рис.2.1).
Рис.2.1.Эскиз экспериментального образца (размеры в мм).
Пайка экспериментального образца проводилась по технологии изготовления рабочих
каналов магнитогидродинамических машин МГД–устройств [95] из ниобиевого сплава
НбЦУ со сплавом
МАГТ - 0,2. Подготовка элементов изделия под пайку включает химическое
травление, отжиг и подготовку припоя, сборку под пайку.
Для увеличения отражающей способности на поверхность образца наносили тонкий
слой матовой краски белого цвета. При проведении процедуры расшифровки данных
необходимо знать координаты интересующих нас точек. Для этого на образец, после
высыхания светоотражающего покрытия, тонким карандашом нанесли координатную
сетку. Разметочные линии наносили в плоскости образца параллельно осям Х и Y
общей декартовой системы координат, в которой задана поверхность образца
(рис.2.2).
Рис.2.2 Графическая разметка образца.
При записи спекл-фотографии, образец должен быть жестко закреплен на
голографической плите. Для этого нами разработан штатив (рис.2.3),
обеспечивающий упругое защемление образца по оси X. Конструкция штатива состоит
из двух инваровых стоек, закрепленных на массивном основании. В стойки
вкручиваются два зажима с керамической вставкой. Такая конструкция позволила
максимально теплоизолировать образец от стоек крепежного приспособления, и
уменьшить перемещения образца как целого. Окрашенная сторона образца
выставлялась параллельно фотопластинке.
Рис.2.3 Приспособление для закрепления образца: 1 – основание; 2 – крепежная
рама; 3 – инваровые стойки; 4 –зажим; 5 – керамическая вставка.
При пр
- Київ+380960830922