Исследование структуры, свойств и термической стабильности сплавов, закаленных из жидкого состояния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



ЧЕРШЭДрЙ ЖУД/РСТШШЙ KDÎEFCHÏ3T низка шт

На правлх рукипнсч гящш у сергей иейноейч

1 ЩЩфкш CIPHfiSPU, СВОЙЗТВ >! СТАБИЛЬНОСТИ

С1ИАБ0В, здшших из пдесого соскязи ■

0I.0-l.t37 - фязивя твердого таха

Агтореферат диссертант «а ссиекашз ученой степени кекдощата фмкко-катематических нау»

i \

Чериовзд - I90Z

Работа гаполиока на кафздра металлофизики Днепропетровского госуниБерситета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Барич Н.И.

Официальные оппоненты: доктор с^зико-уатеиатичеснгас наук, профессор Векгронович Р.Д. кандидат фгшко-натсиаткчзских наук, Степана А.И. <■

Вздувая организация: Институт ивталлофшки АН Украина.

Зашга состоится " иьснА г» в /Г часов иа заседании спевдаш1оироваш!сго совета Д 060Д6.01 прл Черновицком государственной университета !шени Юрия

I

йедьковича по адресу: £74012 г. Черкоиу ул. Коцобинского, 2 Черковацхий госу^ворситст

С диссертацией *:саю ознькокгаьсн в научней библиотеке Черновицкого ужшррситстй (274012 Черновцы, ул. Л.Украинки, 23)

Автореферат разослан " " --¿ШЯ

199 2 г.

\

/

»

Курганоцкий Н.Б.

ОБЩАЯ ХАРШНЧЖТТт РЛЕСлЧ

Актуальность теия, Раглитме науки и техкп-н uccTonnso требует соэцагая новых (с высокой удельной прочластья) .аанстругятистп« и прекизиокшх уатсрмалов па осиовэ алвмная. Исследования двойках алотняаеих сплзеоп показали, что свср~б:*стрэз охягл'дсчрк» рас.'шша приводит к благотворно влиягссуу lia csctîerm bswck?:ссз структур.-»: п) измсльчзшш зергн однофазного т«з?рцого рестссрч; б) кнспергиро-ваикю первичиообразоЕлмс« частиц расносесиых фаз; э) уЕоллчсгега пределов растпориности легкрувичх олэмекгоз (в той число и переходных металлов); г) формировании катя матаствйкл&ек фаз; д) образовании втернчшг фаз прл распаде езлыюйереомгнт« тгзрдих рггт« вороз (СП1?) a иетаста^илмюс нигорк-этаепдоз; а) формировке® г>е-таяязчвеких стекол. В связи с этим метод -закалка из гидясго соото-г:гая ( SIC ) охазв№3?ся очгкь перспектизтач для разработка влвиига-сеых сплавов й вкипаст бо.-.ьпой ютерзе не'.дедовьтелаЯ. 03 этом свидетельствует появлегога кксгседслентя обзоров о квикс& ввеокой скорости охлаждения на структуру и свойстга агакиниегглс еялагов. Однако достижение успехов а згем 1»гправдея«к с.атруанено без прсо • деления слецуюЕИХ препятствий: so.t.î нсслодог-гцп двсйк х Сыстроох-лэо.егелге акижизеплс сплавов к кастокпему времени прсйвцако достаточно полно, то исследоашй слозгюлзтровглаопс сплавов явно недостаточно , не г!С1ш г'-иснсисриэсти гас жзгированяя; ссч слаба кзу-че!!Л яоррелта&д >*чжп.у составом, структурой II свойствами быстроох-лаудегаавс спя л i со.

С учзтон кзяогсскиого бигм ефэркуллровака цель работы и ссног-кыо задач;« исследование.

Цель работы» Цзльв настояязЯ работа яЕЛяется нсслздоваше сте-по»я влияния различных гегируадих элзиектоа к ме?астабнльиых структур, образующихся в ошмяшввых сплават. при Z:C на физико-нехаш-чэские свойства лрн комжшюй и погыг:°18ШХ гест^рьтургт; разработка сысокопрошаа и вредазгкжник сплаеоэ. Л*я достигшая цели был»! поставлены елвдукаяэ эгдачч:

1. Провести теоретическая анализ угло'-".-' кркстшшо&ши а и-;-голлкчвеккх системах при зак&лке нэ хнгдего к парообразного состо-шадя.

2. На прикере двойных сплавов уеттюемть относительные еклади р«злич«гсс типов дагастабилыялс струя;л> » j«po«iei«e би^цюзахрнс-твичизошош едлавов и s ктекемю их ге»<яэр«турно,1 устоячи»ости.

3. Исследовать эааснокерноста влияния различных легирующих слс«8НТ0в »и структуру, ф5шлк0~ыехак-м8ские свойства и термическую стабильность быстроохлаадеюмх многокойпоноктк^х сдлавов на основе систем А!-Мл и М-Ре.

4. Разработать методику оценки парциального влияния легирук-иж одементов на структурное состояние многокомпонентных бистроох-лалденнхс сплавов на основе алюшшя.

Научная новизна. I. Еперк^} в литературе получено неиэотерыи-чослое (киизтическсз) уравнение кристаллизации в условиях неярерыо кого охлоздетя расплава, свнзывсваео доле закристаллизованного осньема с основными паракстралг: кристаллизации к скорость» охлакде-

л уравнена© краогвл&ездш в условиях непрерывного ссаадеюш кстер;:аяа при иоьно-пллэкодом распмеюи, связываете воло за-христыипэюашюго сбъша с оскоюшни характеристиками рдаша на-шш/шя и шршетрди» ;,'р»гсзалллаац!Ш.

2. Вперите вройедега системные исследования ларуш/аног о влиянии коыплсксиего ¿егироомшя Ш I »>* , 2г , М^ , Ге , Си , V на структуру, свойства и тсрдачаскуо устойчивость быстроохлаядешмх алодшиэдес сегаксь На огнзиаюи сравнительного кзучетш структуры г свойств б^строззарзсталлаговмсих сплавов М~{* и М ~1г в гж; . ;сй области концентраций установлен обаяй характер влияния раз;лч;-ш типов кетастобильных структур, {аксиру&аяс при сверхбыстром ахяшда&с« расплава, 1а свойства и термичесг.у» стабильность двобкда м г.-ногойоглюксяп^к еллавов, вдаздоходо ракгкромние вшл-шя различив топов мзтьстабальких состскянй. Наибольший упрочнялся 8 аффект р,р1 2£С достигается в случае еомостлого воздействия нескольких типов ыстаотабкльмаг состсягмй: сильного г.испсргирэва-ния структуры; образовали« СГ11Р; форь-ирошаая изтастабмльних фаз; дозедгзхтедыдоо дигпоргироааная структура при распаде СШР. Сама« высокая теязратуркая устойчивости свойств наблодается в сплавах, хг.рахтэризуешх лабо чисто ызрфологичсчсккг--л изыгиедоями структуры (глспсргирошюсы с-срси твердого рчетьора и вь-Еэлешй фаз), либо сбразовз'лаем едкофозшго СШР. Поавзонко а структуре быстроохлак-5 г. и игл сплавов котастйбилъной ф-.зи сникает свойства при покетен-коЯ теит^стуре. Определены коэффициенты растворимости легйруюда: одеыоитоз \ Мп, Сг, 1г. , Гс , Си н V ) в бмстрсо;:лажценн\лс ш -гокойпононтнух алоггишевих сплавах.

Лояокешя, вынссамыз па зашту ..

1« Способ оценки влияния легирута'лх элементов на структурное

состояние mi! о г о о мл о и е и т кис бис: р оох lux аikk№!sh« сплавов

и механизм их парциального воздействия на прочность, аарсяроч-ность и температурную устойчивость.

2, 3.{фект рсгулировимя ТИС бнетроох^. акцепта яг^гглилес-'Х сплавов добяшялш марганца, хро»'д, царншип, копия, иопи и гана-ция в пиро.чон диапазоне: от 50 + 2,5*10'"'* К"*«

Практитеслоо значение. I. Прзддозсенний г» диссоргйцни ыетоц коиплвксисго анализа мсхкшэыа парцшдыюго аснякяя лвгкдосих ояеннтов ил структуру, прочность, элоятрачес.чао свойстга я температурную устойчивость кмеот общий характер и паже? Сыть использована для разработки алюкиилевггх солавоэ с наперед эйдвклигд свойствам!. 2, С помочь.*) лредлояэгаюга метода разработок-.* ск*авы с высокими елугебгц.""! характеристикам«; й) разработки» с^етсен авторским свидетельством i;a изобретэние к гтдрен а ирсштевстзо щумю-uspioix котоаищлшшс врофихаП, срихровакш бо^итнж&оеыт мгу-тагн , сплав на основе сиетега А<-?з с гесокн» шдшхссм прочностных свойств ври кшытоЛ и аояаагсюИ w/tu-paty^o икоть до 400 °С (оконокшосккй эф$экт внодраст ссстакхгтгт 103 же» руб. 0 год) б) разработан и аазаяеи аоторсяиа сгг.догг.г.ьсгг.ои влвкинисный сплаь для гонкоаленоюяое кизкослых резисторов vrx основа системы М~Кл. с темперагуршг иооффицчеигоы соярогивлвюш но хуже «ем 5 »10"° Ю и високоЛ вреиэкной стабильность» свойств (уход сопротим'л за 1000 часов ври иозюсти I Вт «си ~ на црэпааэт 0,Z%).

Алробзцуя работы. 0скош:::о результата глсспртад'.скноя работы <ймя прйдегаздэна на 7 „конференциях: s ssy* /«с.::-«".'^ П Всесоп^г.» кокференцтш "Закономерности форлярсЕапня структуры слла^с" ^«.ок-тичзс.того тиля" Днеяропогрсеск, май 1983 г.; XI Всесоюзному совс-ианкю ''^ншнеохккия аморфнее С стеклообразна*) ¡.»уталямческих сплавов" "осям, uspr 1985 г.; III EcecoBSjrafl конференции "ilpcöj.aiij исследования структура ашр.|шх иэтолштсхих cfWÄcoa" Иоскаа, апрель IS63 г.; III Всесоюзному соеэзлп® "Яийчкохишя аморфное стеклообразных металлических сплавов" Кос.чво, kd/l ISÖ3 г.; У Всесоюзному соззаагкэ "Дчаграцмы состояния «егзлиичэсгад систем" Звенигород, декабрь 19Ш р.; Ш 7 Ы««-л»<«>лаГ e«*fcrene« с* k»fi4l) Qut-,,ktJ

maltriatt, Stvckkctm, Aujuti I9S0; У ВсееевгмоЯ кркфдеешэш' "Аиорфкио прецизионные сплаш: технология, свойства, применение" Ростов Великий, сентябрь 1993 г.

Публика!gilt. По теме диссертации опублнковеио 18 ¡k>v°.tiwx p.i» бот и получено 3 авторских свидетельства m изобретение.

Структура к объъи диссертации. ^иссортшшя состоит из ььгпе-ккк, Ь глав, эакаочти и списка цитированной литературы, содер-каздро 25? иаииеизвагай. Работа изложена на 205 страницах, зялю-иакад 4В рисуг.ко» м 21 »аблягу.

ШЕШХЙ, И-ЙОД ШШЧШЯ И ИССЗДДОЫШ О1РаЗ;0Ь

Ус сладовалясь бистросхлакдешше с плаву А1-1е , А! -/л я нологкроважагч савава ка осноье систем и . ^и осу«

¡зостЕлэнаи окспг?ймо«тор со "ломолегировиниинл сплавами применялся метод {чйтскатичесисгс шишарокзиа зксиср:иенга. Еистроохлак-делкыд ос'разца получали: и) шс?ргливашак калл» расплава на внут-р.гкво» сэырхмссеь г-раза&мггося ^¡Лакцрг. (толаина ^ольг до 10 ычи, скоромь охлачсделаа 10' К/с); С) пр«;аткоП струи расллааа ыеяцу

сл^аузимо салаьа 'дь установив ¿РЛ 3.279.С14. РоптекофаэовыЙ анализ фолы ироводила на установках ¿гС~2,0 и ¿рОН-2« Структуру спда-еог изучали иа сятичви:ои чирозкег,з "Неофот" и электронном шхро-скопз 0-4-200. ¡¿¿.»одспшв испытали (¡ксгрсзгшрисгаллиэоеаниых сап?.-ьов при колкагкой температуре проносились на стандартной разрывной мг^чис "Инстрон" 53 на саза:алкной икрорьсрцсаой 1»ванс при скорости ши'руизшш 2 здДши Нтгмш&п на кратковременную л дяатсль-•л?а прочноегь прл пошзс»!них теюературвх (300-500 °С) проводила на скешолгло сиажл'руяроь-адосЯ устегшвхе.

ШБЯЗД СШЯООЫ»Аа)ВйШШ Б ШШИ^ЬСККХ СИСШАХ

Об актуальности теоретического анализа процесса кристаллизации ссадгтсльс.труст яоявлйшо Потного количества работ, затра!«-в£лаих ссгфосы ркзвележа факторов, влияаикх на процесс кристалла-защш, ¡¡опрос ао определению критической скорости охлагдония» при-водяг^й к гла&ьхсюш кристьдиэац!«;. Но, как правило, атот анализ оск^ан на динамически* Дзомсош-Иэла-Авраад для кзо-

тбр-ачссхис услашй, в то срег:я как структура бистроохлажденшх сплав«а фэр^нруатси г^л непрерывном пошшении температуры»

Ь г.одуч'.!>!с; идиотическое уравнение, свободное от ука-

занного кадэстагка» Пр-здполсмм, то расплав единичного объема ох-лаЕД&этсг. со скорости» 0!Т) от температуры плавления Т„ до темпе-

ратури стеклования Т^ , нлхо которой лре;;.--сс кристаллизации не раали?уотся. При температуре Т^ < т' с Г4 , когда доля закристаллизованного объема составляет х(Т'1 за лроиэдутоя времени » » - ^туа(т) возникает:

Jrt.-jg.p-iTil.4T' ш

эародкаей критического размера Г'(Т') , которое в условиях непрерывного П01мгеиия текперчтурц растут со скеростья и(Т) -и при температуре 71 будут кмет^ размеры:

I

г

т»

Прирост доли закристаллизованного объема, обусловленный зарозцоня-еи центров кристаллизации яра твыперагуро V ч их .госледукетм изотропным ростом при поккяеш? тйЙйра!«^? о? Т до ыожно прздстаЕкть в видя:

т$

Интегрируя Екракенке (3), получим цоля объема,- ее.чрясталлизовав'те-

гося за все время охлаждения распляпа: ^ >

Полученное уравиекиа связывает долю закристаллизованного обойма (ж) с основными параметрами кристаллизации и скг.ргстьо охлямди:ия Рясчитаиныа с помощь» полученного урашйндя (4) зависимости доли закристаллизованного обг?«з »-¡1 н А? от темпера¿ури, для различных скористей охлаждения покагысагт слодувдее. При низких скоростях охлаждения затвврдевакие происходит а узкем интервале т^адерл-тур. С ростом скорости охлаждения расширяется тошервтурний интервал кристаллизации, возрастает ляреохл&здекие, а при скорости ох -даяденип 10^ К/с для пикали и К/с для йдамакия кристаллизация ке зйкак'гивается. Если принять за экспериментально обнаружим,?, лю кристаллической фази величину 10"**- 10"^', то критически»: скорости охлаждения, необходимо для подавления кглст^и. -и:,щук клие/.ч и алижния, составят 10- 10*® и 1.010 * К/с, «его хорзпо ког-:-'--лкрует с известным» йксперкыемгалмпши двкшим. Иолучет:* р'.--у/.:;-

\

Т'ЛТй удовлэтьорительно совпадают к с реальными термографами, по-4,у-еин^и в работах лирооничеико И.С. и Полеси А.О.

Ъ случае напыления на холодную подлокку методом ионнг>-плаз-м-лшого напыления была принята следушдая модель затвердевания.

.сгыдеккые атсм; поддетая? к поддскхе и адсорбируется на ней. /.гатоии могут мигрировать по повзрхноети поцломки, диффузионная способность адатомов на поверхности определяется энергией актина-цпи поверхностной диффузии ( ). Диффундирующие атскн к поверхностной слое йогу* обр&эодатть сверхкритическме эародьдам. 1».обхо-заугн для ьтог-о активность адатонов сохраняется в течение некоторого ыффзктивкого времени Iс.). прошествии большего врьч^ки ■¿ем д^. , энергия сдатсмэв териатся и оказывается недостаточной для образования ноыд зьродьзюй. Если напыление идет непрерывно, :о рост бознкхсих оародыкай происходит за счет вновь поступавши •едтомоэ. Длн принятой модели было получено кинетическое уравнение лриеталлизации следующего вида:

«г. Г,

Г'олучекнзэ кинетическое уравнение связывает дол» закристаллизованного объема ( *) с основным!; параметрами кристаллизации ^ч;стотой возникновения аароыяйй С 3 ), их скоростью роста (и ), ьь дичиной критического эародыаа ( г*)} и характеристики;« режима напыления: скорость« осаждения (<? ) к временем напыления (V,). Дли иллюстрации возможностей полученного уравнения был проведен расчет дои! закристаллизованного сб-ьема при аонно-плаэманном оса,г.-' депии никеля и iuk/млния, который показал, что только при схлчждо-KKVt пояхоа»и к ияСоаьпих временах осаждения возможно подавить кристаллизации никеля. Добиться ге подавления кристаллизации елп-ыисм ковозмохко. Экспериментальное напыление на скол tfaft пи рисма'.'ьому режиму показало удовлетворительное согласие с теорией, ¡'.аг.ыг.ени'Ь в течение £0 с на скол соли кокыммсЯ температуры приводило к образованно аморфной пленки никеля, увеличение времени на-rit,J.e»iv.л до 12.0 с приводило к погвшоиип температуры подложки и сопровождалось образование?!пленки с а^орфно-кристаллкиеской структуре", дальнейшее увеличение временя надыления приводило к обрсроьа-кгю кристаллических пленок »мкеля. Напыление алюминия при всех режимах приводит к образованно кристаллической пленки.

ксррш1Щ и рйш:?овакид боздепотш на. тер;,ичшда устойчивость и свойства ¡¿одейьшх сгиайов л£-се к ас - ¿ТГ разш1чшх ьетастабю1шх состояния, ьсзяшвдх ipi!

сперхшстром охя/лдэш расшаеа

Улучзеггие ф;1зкяо-махан)!чосккх спо£!с?с при ;>ахаляе из кндксго состояния (32С) аляиишевнх: сгтяавсч обусловлено' суг:?с7всяч;л.';1 струхгурш'гя иэмепстит-!, которуа г'отлю хласс!фи?чровать следу»-пиы образом: I) пзмольчеииа зерен одооЗазюто твердого раствора; 2) диспергирование сыдолош'й равновесных фаз; 3) образованна силь-нопересизек;плс гсзрдак р&егзорсч (СГОР); 4) формирование новьк ме-тастабильньвс 4"э; 5) доаолнятеликоз даспергЕроваюгв струа-гурн распаде СШР; б) обрззогшиз ке-галлчческах сгекол-

Кш: правило, деПстйяе этих эф^юа SIC на сьнУ.гтсп продукте а оакалкн смезшга. Дли выяснения вклада капдогг, гкаа к.? гэречяслгя-ктос иетаствбкям-алс струатур в игмензгхв своЯегв биля BKÖpainj ио-дельгшо салага ai» 0,3*18 *>ac.SS к и At»0,9>7,3 Kac.5f.2i». 3 результата их исследования было установлено, что периоды крист.'.л.«у.-чвсаэй реветкя твердого раствора как яглнх, тв^ и Г£.'с сплавов получентапс прп скоростях схлааденяя 5 »10"- 101 К/с но стличаится ет чзгтего шэгягав. Ргитгело^азовиЯ и М8?аллогра']ичоскг.Я а-.тлдз поггазалч, что а результате 2ГС сплавов W« 0,3-10 иас.^ £е наблюдается жзь к?Ч'2И» .«wie зерен однофазного ш-ердого раствора и г.пс-пергярзваязю выделения равиомсясЛ фазы Аг4Се . В бистроохлагсд-2н-шос Cd ~ 30-S0 шеа) сплавах с содержанием церня ¿¡>л<?о 10% отмечается поюлоииз «этастабяльноЯ Х-фгсы С W,£e) с структурой и а • «0,916 «н, В фольгах, получек»« при ыекыях скоростях охдогдзым Ы >100 следы ис- oöits.pyrnt глот с л «, Ияиболькев ясянчеотво

Х-фзы, 6-7 сбъешмх /?» зафиксировано в сплава AC-I8 uac.iiV . После отшп*& при 350 °С ликки отоЯ ¿»за исчезает, что свидетельствует о ее иетастабильноЯ природа, 3?к особенности сплавсп ai-i« позволяют продемонстрировать злиакна на т.-мпературную устойчивость и прочностные свойства 1,2 и -1-го из вшеаеречислешак оффочто/* 3£С в чисто« виде и совместно с формированием новой мет&стк'илыюз фазы. Наибольшая температурная устойчивость обеспечивается изм<**л~ чеккем зерен твердого раствора и диспергированием выселений фазы. В этом случае температура начала ' зобратн^ого взманен»-« удельного электросопротивления (УдС) составляет Т„ = 41X5-4Ш °С. Кач° по.чщк-ь ют структурные исследования, необратимое падение УЗС в vr.v

•150-5GO °С связано с процесса»» улруинсшя, коалисцешгач в коагуяа-|Д»г. частиц ^аз» Я4 fie .

Пр-Ь! uokjcc'iKíw эффектов дчсворг^рований зерен твер-

дого раетьори, рлшоаамюй §азы а образован::-* носой «ьтамаЗяль-hoíí фазы, *<«яср«-ура начата иссСр^ипцого т 2c\J сшжееггг,

«;& 300 ct'í 0гряца?олы«с ь««1г;е <í-ro эффекта на токабрьтуриуи ус~ KñíRSCCSi. i¡ едегуалыпчз асдытал.т i;a определение

rsj^yiiiK.-,.: SX ^ольг при постоянной сьороста глгрева до 6j0 С poG'ifcs: еод<5ркьшп цорхг. да 10 кас.£ здмагратура рь?-руп:::няя ф-эгх.г1 крк оссгсяякой ьигрузэд и ^:?,\с;:рооакной скорости rru&s ^.зстор. йокглъни:: г сшеага AÍ- ногой гета-

ета-^иъцой ото i. сшоти.шос возрастало, к темпера-

тура ptiopyr¿.<«0Ш рез'го cic„w«cn» А во? иг&больелб вклад в погогс~ iüi;i йяярдаггарлосгя врср/ич прсчнастя na рвгрио охагывьзт яаз p¿: союкзстиое деГ:стз::й 1-го, 2-го и -Uro гф^едтов. Сошотавлскис с резулглтл'йv:¿ сфуязуртх. »'сагсдовакдй ш.-гь-зало, что начальное оош ьо:г:в прочизстм еггкышэ с сэяваснасм ьервох шделенай фаза по границам ячезх, зйгем иа&гадается сдорсо всдан'сствешшо пзьзмешл структуры: pacTi-í гшшзэсть вддеяввдв равновесной £ази - растет иротазсть а таэрдоегь« Полшгше гетастабмдьной фазы сносит долол-к;:тедышй ехлод е рос? ирдоюсти и шаротвердости. С увеличен:«*: зодорхшия nspísa прсчиост» и мккротес^яоеть 3£С фолы непрерывно возраст«?, щл'ляи в идаервале 0,3-2 ыас.# Се резко, затем более полого, а с 10 ¿úzS Ce икгенсдаиастъ роста прочности и микротьер-достк опять сззрасгаст. Ыакс>% альте ашчзше прочности достигается а сплавах А' * 14 тс.% Се со структур о Л таняодисперсного конгломерата <¡£3 и составляет 440 !£Ка. Дальнойэее повынение содерпа-п:я церия до 18 приводит к появления в отдельных местах Со-

.:ео груйих пзрвкчкис вадоленкй фази к, как следствие, к

сииеокяо прочности до 410 1511а. При sí си ыикротвердость как болео ингеграхькоз сеойстьо продолжает поарекнсыу возрастать.

В сплавах Ai -ir ври 3ÜC со скоростгэ 5«Ю - 10 К/с образуется СЛР, содерьазий 4,2 % ?г . Б имгервгию до 2,1 %/г образуется одио^азнай СПТР. При дальнейшем повьтанкк сснкиитрации щркояия образуется смесь СШР, рагшзьеской фазы ДЕ3Нг н кетастабильисП кубической фа&в С hí,Jr), С полысением концентрации средам^ размер зерен неяреривко утиъъгмхйг, от Ш кхи в сольве ♦ 0,9 % гг до 3 msm.s сплаве ai ♦ 4 %£г , а ллоткос« зоре», соответственно, увели-г.кваетсп Солее, чем на 4 порядка. Очевидно, легирование циркешеы

увеличивает скорость зарождения при чристалдазаггя а, вероятно, тормозит рост звродктзй. В сплаве А«» 4,9%1г образуете«; структура смеси тсккодисперсного конгломерата фаз: СШ?, равновесно:"! фа-гч1 Лцгг- и метастабильной кубической фазя [М,2г). При дальнейшем norvweirat конпентрагвш тблздается появление отдельных круто--."* денпритоя фтаи Aíjí'r. Особенности структуры быстроохлаядсн!!ъ.х сплавов A í /г помолчат продемонстрировать влияние на свойстга 3-го пффекта 3:.С в 'шетом виде я совместно с: а) диспергированием структуру, с образованием новых метастабилышх фаз и ч) дополнительным диспергированием структуры при распаде С1ПР. Поя влепи о в структуре выделения метастабильной фаз» резко енппак? теркячесауэ стабильность сплава, о чем свидетельствует понижение температуры начала необратимого изменения У2С. В сплавах Al -Л- в результате искусственного старения происходит почти 3-х кратное поеггзние прочности по сравнения со свежезакалс-мнкм состоянием. Для искусственно состаренных сплавов наблюдается и поилление термическоЯ устойчивости. При первоначальном нагрело сплавов с однофазной структурой СГПР, начиная с 420 °С, наблпдпстся необратимое поветение УдС, переходящее при 450 °С з необратимое уменьпение. При повторном нагреве наблюдается только уненьиение i^'C при 450-it.'4' °С. Такое трансформирование характера изменения УЭС при повторном ичгреве может быть связано только с эффектом старения, протекающем при р.ррвичноч нагреве. НаиболыпнЯ вклад в повышение прочности!« сиеПсть при комнатном температуре вносит cofmocthoo влияние всех о ¡фонтов закалки. Если концентрационная интенсивность роста прочности для сплавов с однофазной структурой СГОР составляет 27 УЛа/ат.^, то для сплавов, где работают эффекта пересыщения твердого раствора, диспергирования СГПР, равновесной и метастабильной фаз, интенсивность концентрационного увеличения прочности повышается до 170 МПа/ат.%. Наибольшая прочность сплавов А£ -Ir (70 !Ша) при 400 °С наблюдается при совместном воздействии эффектов пересыщения твердого раствора и диспергирования зерен СГОР и выделений равновесной фасы. Появление выделений метастабильной фазы приводит к резкому снижению прочности при 400 °С.

ВЛИЯНИЕ КОМГИЕКСНСГО ЛЕГИРОВАНИЯ НА СТРМШРУ, СВОЙСТВА

И ТЕРМИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ШСТРООХШЩЕНЩХ С1ШЛВ0В НА 0CK0ES w.cm.u м -м*

Прокналеншо алогенпегие сплавы основаны на системах Al-Си,

М-й , М.-Щ и М-1а , которце характеризуются достаточно высокой растворимостью второго компонента в равновесных условиях. Вго позволяет получить высокие свойства после применения закалки к термообработки. Однако эти сплаЕЫ обладает и рядом недостатков, в число которых входит низкая жаропрочность, обусловленная высокой диффузионной подидаюстьо этих легирующих элементов. Устранить отот недостаток позволяет легирование переходными элемент .ми (ПЭ) Ограничение их применения в литейных сплавах, связанное со слабой растворимостью в твердой состоянии, мокет снять закалка из кидко-го и парообразного состояния. Уте в бинарных и тройных сплавах, содержаяах ПЭ, сверхбыстрое охлаждение расплава позволяет достигнуть высокого уровня физических свойств как при комнатных, так к при поБызешлЕС температурах. Еае больлие перспективы открывает сочетаете захалки лз видкого состояния с комплексна легированл-су. Яозтоыу и было проведено нсслздоваипз влияния ксьялексного легирования на свойства бьСтроохла^чешшх сплавов на основе система А£ -М*, которая характеризуется високиы уровнем прочностких свойств после 32С даке баз дополнительного легировакш. Примене-ш:е ыгтода (¡¿тематического планировагшя эксперимента позволило оцегагь влияние легирования иарггищоа, хроыои, вдркоиием, иагш-си, Ееяезси, кедьа н вакадиеи т: в) структурное состояние сплавов, б) пересиззкие твердого раствора какдвы когаонедаоы, в) количество упрочнгигзВ фааи, г) оффекти тсордорастворного н ру.с-порского уярочнегсш. Билл ра.стаг&ш козЗ^цненты регрессии, пока-зивевкне иэысионке шшретвардоерк, предела прочности на разрыв прк £0 , 300 и 400 °С, температуры начала необратимого уменьпенмя УЗС, температурного коэффициента сопротивления {ТКО в зависииэс-тв от содержания кавдого легкруюзего элемента. Сравнение козффа-шеотов регрессии, (, отрахазлгас влияние каждого элемента на период репетки, с известными литературный! данными по изменению периода реветкк твердого раствора соответствующих двойных сплавов ' г^ Ь помогает оценить структурше состояние слоЕнолегяровашдлс сплавов. Для этого введены парцналыше коэффициенты растворимости * (: ( т?))' • Бели элемент растворяется полностью К^ • I, есля при увеличении его концентрами в сила: э содержание элемента в твердом растворе не растет, то Анализ результатов пока-

гывает, что Мп, tr.it и М| почти полностью входят в твердый раствор} С" к V - частичка, л. Ре ие растворяется совсем. Коэффициенты регрессии для прочности при комнатной текпературе и шш-

ротвердости показывают, что введение ксидого легируящего элемента улучшает свойства. Но наиболее сильное увеличение связано кя:: раз с теми олементями, которые либо не входят в твердый раствор, либо раствсрчптся частично, а имешю с Ре , V . Это свидетельствует, км и в случае с пвойнкыи системами Аг-Сг , М-2г , о преимуяеет-1.-е дисперсионного механизма в упрочнении слоянолегироватшх спла-при к>чт&.ноя течпературе, Наиболее благоприятное влияние на прочность при повкгаенинх температурах оказывают V , Fe и 1г. Загний называет отрицательное влияние. Это коррелирует и с величиной их коз![фп:иентов диффузии при температуре испытания и температурой начала распада СШР в соответствующих двойных сплавах. С помощью получетадс дакннх проведена оптимизация состава и в результате получен сплав с высоким уровнем свойств С в20- 510 МПа;

""«о' 1ЬЬ МПа), превышающим соответствующие характеристики известных сплавов АЛ 19 и АПР-1 ( ^го= 360 МПа, <г<00= 70 МПа).

При исследовании температурной устойчивости методом записи политррм УсС при непрерывном нагреве била отмечена интересная особенность - ТКС меняет знак в зависимости от состава. После оптимизации состава был получен сплав, приг^шгмй для нуид микроэлектроники. Методом иенно-плазменного распыления, который является по сути закалкой из парообразного состоянии (ЗХ) , получили тонкопленочные, ниэкоомные прецизионные резистор» с тис Ь»10~° К""*,

НО Ом/кв. и высокой временной стабильность». Сплав зажилен авторским свидетельством на изобретете, а материал» исследования использованы при разработке неоих гонкопленочнкх резисторов.

СТНВРА И СВОЙСТВА ЕиСТРОЗАИРИСТШЛЗОВЛНШХ аОлИОлЕГИРОБЛШШХ СПЛАВОВ НА ОСНОЕЕ СИСТЕМЫ АС-Гс

Енстроохляаденние сплавы , так же как I] сплавы А£-Ма

характеризуется высоким уровнен прочностных свойств даже без дополнительного легирования. Поэтому исследование влияния комплексного легирования на свойства сплавов этой системы представляет как теоретический, так и практический интерес. В качестве легирующих элементов были выбраны; Сг , 2г , , Мп , С" и V . Метод математического планирования позволил выявить влияние каждого ле-гирушего элемента на микротвердость, предел прочности на разрыв при 20 и 400 °С и на период рсиетки твердого раствора. Структурное состояние бистрозакристаллизованинх сплавов характеризуется

полным растворением в твердой растворе /г и Mj; V и Мп. растворены частично, а Си и Cr почти на входят в твердый раствор. Прочностные свойства при комнатной температуре наиболее эффективно улучшают добавки Cr и 2г . Увеличение содеркания Fe сникает предел прочности на разрыв при 20 °С, что объясняется огрублением структуры из-за появления крунша интерметаллидов АtiFe . При 400 °С все элементы ва исклачеиием Nty положительно влияют на кратко-врешкнуо прочность. Степень влияния каждого элемента коррелирует с Еодачиной коэффициента диффузии в твердом растворе при этой температуре и с температурой начала распада СШР в соответствующих двойных сплавах. Этим моено объяснить наиболее благоприятное влияние fr к V , поскольку в двойнкх бистроохлаядешадс сплавах М-2г и Ai -V температура начала распада СШР наивысиая. Используя линейное приближение зависимости кратковременной прочности при 400 °С от содержании легирующее элементов, била проведена оп-тииизафв состава сплава с целью вгхода на высокий уровень прочности. В результате разработан сплав, обладающий чрезвычайно высокой прочностью при 400 °С, 160-160 Ш1а, и высоким пределом прочности на разрыв при комнатной температуре (670-750 МПа). Сплав зашиази авторским свидетельством на изобретение и внедрен в производство ьлюыипиевих профилей, армированных бор-аяшиниевш вгутоы, с зконошчаскиы эффектом 103 ткс. рублей в год.

ОСНОШЕ РШЕЬТАШ И В1В0Щ даССЕР1А1|М

■л

1. BnepELia подучено кинетическое уравнение, связывавшее дожо закристаллизованного весества с основшаа параметрами кристалла-»м$ш и скорость» охдакдення, достокнствси которого является учет неизотермичностн процесса ватвзрдевания при закалке из кидкого состояния; замедления кристаллизации на заключительной стадия; выделения скрытой теплоты кристаллизации. С помозыэ полученного уравнения расчатакы скорости,охлаждения, нзобходкмае для аморфиза-щш нккекя и алвминиз, составляв виэ 10 и I0i4 К/с, соответственно.

2. Впервые получено кинетическое уравневненае кристаллизации при непрерывном освЕдении из паровой фаги м^:одоы коннс-плазмекно-го распыления, евкзывэдкео дола закрильллизовашшго объеыа с ос-нсьлиш параметрами кристаллизации и процессе осакдения. На основании анализа этого уравнение показана возмовность «адорфизадаи fit при реалию достккимцх рехимах напыления. Аиорфкзац?ш алюмиш:я

возможна лишь при вчесенда структурно!! неоднородности сплава (лз-гировании). По режимам, препсказагашш теоретически;-! расчетам получен аморфный никель и слолнолегированный йлюкиштевий сплав.

3. Провезено сравнительное исследование струятури И свойств бнстроохлажденшх сплавов Аь-Сс и А 1-1г в гатрскоП области ясл— иентршмЯ и нл основании смстемэтиэт^и этих цаммс предложено раняирование . .лшгия различиях типов яетастабклыглс состсят'.й, фиксируемых при ЗХ'.С, на термическую стабильность и физико-нехага-ческие нойства материалов. Наибольший упрочняпииЯ сффзкт при 31С достигается при совместном фиксировании нескольких типов иетаста-бильтлс состояний: сильного диспергирования структуры; образования СОТР; формирования метастабилыгих фаз; дополнительного диспергирования структура при распаде СП!?. Самая высока" тегаера-турная устойчивость свойств фиксируется в сплавах, характеркзус-йк липь морфологическими изменениям! структуры (диспергировав-ем зерен твердого раствора и выделений равновесна интерг.'оталх:;-дов1 либо образованием однофшюго СЛТР. Появлению иотастабяльноЯ фазы ^ри ЗЗ'С сникает свойства при погмзенних температурах.

Л. Впервые проведены системнее исследования парциального влияния легировании Мп., 1'г, ¿г, Му , Гц. Си и Уна структуру, свойства я тертчесяуо устойчивость быстроохляяягчтлс сложнолеги-рованшх ллюминиети сплавов. Определены кооЭДигиенти раствори-кости атих легяруяотс элементов в вногояоипонеитич'х бнстроохлпа-депшх аллгяшиевых сплавгчс. Устанозлсм обет Л характер влияния ме-тастабильных структур, фтйруеид при ЗЕС, на свойства и термическую стабилшость двойгдх и гнорояомпонснтикх сплавов.

5. Установлено, что а бистроэакристаллиэованнмх сплавах на основе систем Ai-f.li и М -Ре ншгбольгяй вклад в поилгегае прочности при комнатной теотературо вносят ояенекти не скло!Пше к растворена») в твердом растворе. Б сплавах на основе системы /¿-Мл наилучсига упрочнятеляни являэтся Гг и V . Т.е.,как и в двойных сплавах, веяуяуо роль в упрочис»вп1 играет дисперсиошщй механизм. Упрочнение за счет пересн'ззшя твердого раствора вираяеио слабее.

6. Наиболее суссстРгшюс повьггение термической стабильности я жаропрочности ияогског.поненпви сплавов обеспочиэаят добавка V, Fe и ¿1" , т.е. элементов, характсрнзугагхся ¡гдэкоП диффузионной подвижностью в огаизпаги при погпгс->"з;х температурах.

-16 -

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВШХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТШ ДИССЕРТАЦИИ

1. Якунин A.A., Ткач В.И., Лысенко А.Б., Рябцев С.И. Кинетическое уравнение кристаллизации при непрерывном охлаждении.// Физическая кинетика твердых тел. Чебоксары. ЧТУ.-1978.-С.33-38.

2. Якунин A.A., Рябцев С.И. Исследование термической стабильности, структуры и свойств быстроохлакденных сплавов А£ г Се ./ Вопросы формирования мегастабилышх" структур сплавов. Днепропетровск. ДГУ.-1381.-С.28-45.

3. Рябцев С.И., Якунин A.A. Влияние комплексного легирования на термическую стабильность структуры и свойств быстроохлааденных фольг сплавов А£ - Fe,// Вопросе формирования катастабнльной струк тури сплавов. Днепропетровск. ДГУ.-IDE .-С.60-70.

4. Якунин A.A., Unpcauwciutt И.С., Рябцов С.II., Ерухимогмч БД. Исслздоваша и иодедировагае структуры аломикиевых материа-£os, аакадешшх. из гадкого ц парообразного состояний.// Вопросы форггфовашя кэтастабияьной структуры сплавов. Днепропетровск. ДГУ.-10оЗ.-С<12-23.

б. Рябцев С.И,, Барич Н,И., Сюткин В.Ф. Особенности формирования нерасновеспоЯ структуры при закалке из кидкого и парообразного состокшй./У Вопросы формирования кствстабилыюй структура сплавов. Днепропетровск. Д*У.-1985.-£.5S-58.

6. Рябцяв С .И.; Якузшн A.A., Барич H.H. Кинетическое уравнение кристаллизации при непрерывной поступлении вещества из па'^о-еой фаги.// Вопросы формирования иатастабильной струк тури сплавов. Днепропетровск. ДГУ.-19£37.-С.4-Ю.

7. Рябцез С.И., Якушн A.A. Влияние вакалки из кидкого состояния на свойства сплавов алзшнзЛ-цирконп!!.// Структура и свойства бь-строохлаЕденных сплавов. Днепропетровск. ДГУ.-1968.-С.19-2/1.

8. Рябцэв С.И,, Якушн A.A. Исследование влияния кошлексио-го легирования на структуру, свойства и териическуи стабильность быстроохлаяданных сплавов М-Мл.// Известия АН СССР. Ыэталлы. 1930. У 4. C.I09-II2.

t

р1гг.*лр«т ЛГУ. №/А