Пластовий композиційний матеріал (варіанти)

1 Слоистый композиционный материал, состоящий из разнородных металлических и/или керамических слоев и содержащий одну или несколько демпфирующих прослоек, отличающийся тем, что демпфирующие прослойки толщиной 0,2-1,2 мм выбраны из группы микролегированных СКМ до 300 П С Однако термоциклическая стойкость СКМ при высоких температурах и условиях эксплуатации в переменных силовых и температурных полях остается невысокой В основу изобретения поставлена задача усовершенствования слоистого композиционного материала, в котором путем определенного сочетания демпфирующих прослоек возможно повысить термоциклическую стойкость при температуре более 300°С и эксплуатации в переменных силовых и температурных поля СМ О 00 CM 0> 27789 При толщине прослоек 0,2-1,2 мм вводимые микродобавки, как в первом, так и во втором вариантах, существенно замедляют перераспределение примесей, сопутствующих материалу прослойки, способствуют аннигиляции избыточных вакансий в теле прослойки. Замедление перераспределения в переменных силовых и температурных полях, сопутствующих материалу прослойки микропримесей, преимущественная аннигиляция избыточных вакансий в теле прослойки определяет стабильное повышение термоциклической стойкости СКМ при его эксплуатации при повышенных температурах в условиях переменных силовых и температурных полей. Пример 1 Плиты СКМ на основе титана и стали с прослойками из микролегированной меди и микролегированного ниобия получали методом горячей прокатки в вакууме Термическую стойкость СКМ с различными толщинами прослоек определяли при цитировании в интервале темпера тур 550-1120 К на вырезанных из плит СКМ цилиндрических образцах, продольная ось которых была перпендикулярна границе раздела слоев Термоциклирование цилиндрический образцов с внешним диаметром 14 мм и внутренним диаметром 10 мм проводили в вакууме в печи сопротивления Нагрев и охлаждение происходил за счет теплового излучения. Продолжительность одного полного цикла составляла 15 минут. О разупрочнении образцов после термоциклических нагревов судили по результатам одноосного нагружения на разрывной машине "Instron". Структуру СКМ, перераспределение сопутствующих примесей и микродобавок в прослойках, а также динамику образования микропор и микротрещин определяли на металлографических шлифах внешней поверхности и сечений образцов В табл. 1 приведены сведения о влиянии толщины и состава прослоек на термоциклическую стойкость СКМ на основе титана и стали. Таблица 1 Прослойки Толщина прослойки мм ЧИСЛО термоциклов до разупрочнения разупрочнение на: образование трещины на внешней цилиндрической поверхности образца Nb Си 20% 50% М1, НВЧ-1 0,3 0,3 17 27 35 Cu-Sc, Nb-Sc 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,6 10 51 54 17 75 73 30 105 105 0,2 1,0 55 73 105 0,2 0,2 1.2 1,4 55 17 73 28 105 35 0,3 0,3 0,1 0,2 7 37 12 51 22 74 0,3 0,3 0,6 1.0 38 38 52 52 75 77 0,3 1,2 36 52 76 0,3 1,4 17 27 37 0,1 0,2 0,6 0,6 10 38 29 52 41 75 0,6 1,0 0,6 0,6 38 38 55 55 75 77 1.2 0,6 36 51 71 1,4 0,6 18 29 39 0,4 0,4 0,1 0,2 6 33 10 48 40 65 0,4 0,4 0,6 1,0 33 33 48 47 65 65 0,4 1,4 17 28 34 Cu-Y, Nb-Dy Cu-Y, Nb-Dy Си-мишметалл, Nb-Ho 27789 Продолжение табл 1 Прослойки Толщина прослойки мм Число термоциклов до разупрочнения разупрочнение на. образование трещины на внешней цилиндрической поверхности образца Nb Си 20% 50% 0,1 0,2 0,5 0,5 10 32 30 47 40 64 0,6 0,5 0,5 38 39 51 51 69 1,0 1.2 0,5 34 50 60 1,4 0,5 18 29 32 Cu-Zr, 0,7 0,7 0,1 0,2 7 34 11 49 21 72 Nb-B 0,7 0,7 0,6 37 49 74 1,0 37 49 74 Си~мишметалл, Nb-Ho 69 0,7 1,2 34 48 71 0,7 1,4 19 29 38 Cu-AI, 0,3 0,7 0,1 0,2 7 37 11 50 21 71 Nb-B-Ho 0,3 0,3 0,6 1,0 38 38 51 51 72 72 0,3 1,2 29 48 69 0,3 1,4 19 28 37 Cu-B, 0,2 0,2 0,1 0,2 16 70 30 98 Nb-Pr 11 52 0,2 0,2 0,6 1,0 54 55 69 69 97 97 0,2 1,2 55 64 93 0,2 1.4 18 50 37 0,3 0,3 0,1 0,2 6 39 10 49 21 71 0,3 0,3 0,6 1,0 38 38 48 48 72 72 0,3 1,2 29 38 59 s Cu-Sn, Nb-Sc-Nd 1,4 19 27 37 9 34 38 38 31 50 1,0 0,6 0,6 0,6 0,6 49 49 41 75 75 76 1,2 0,6 30 47 76 1,4 0,6 19 29 39 Cu-P, 0,5 0,5 0,1 0,2 10 57 16 69 38 110 Nb-Sc-Gd 0,5 0,5 0,6 58 69 1,0 59 70 111 111 0,5 1,2 48 62 97 0,5 1,4 20 30 37 Cu-Sn, Nb-Sc-Nd 0,3 0,1 0,2 0,6 27789 Продолжение табл. 1 ЧИСЛО термоциклов до разупрочнения Толщина прослойки мм Прослойки разупрочнение на: образование трещины на внешней цилиндрической поверхности образца Nb 50% 0,1 0,2 0,2 14 52 16 71 30 99 0,2 0,6 53 0,2 1,0 53 75 75 100 100 0.2 1.2 50 69 97 0.2 Nb-Zr 20% 0,2 Cu-AI-Cr Си 1,4 19 29 37 Как видно из табл. 1, образцы СКМ, применяемые для изготовления промежуточных вставок (торцевые и телескопические переходники) при сварке плавлением деталей и узлов из титана со сталью с прослойками из меди и ниобия НВЧ-1 толщиной 0,3 мм разупрочняются на 20% после 17 термоциклов, на 50% - после 27 термоциклов и разрушается после 35 термоциклов. Введение в состав СКМ прослойки из микролегированной меди, содержащей в своем составе в качестве микродобавки один или несколько элементов из группы: скандий, иттрий, редкоземельный металл, цирконий, алюминий, бор, хром, олово или фосфор и прослойки из микролегированного ниобия, содержащего в качестве микродобавки один или несколько элементов из группы: скандий, гольмий, диспрозий, неодим, празе одим, гадолиний, цирконий, бор, с толщиной прослоек в интервале от 0,2 до 1,2 мм приводит к повышению термоциклической стойкости СКМ в 1,7-3,5 раза. Пример 2 СКМ на основе сплава 5ВМЦ и стали 12Х18Н10Т, с прослойками из микролегированного никеля и микролегированного тантала получали методом горячей прокатки в вакууме. Термоциклическую стойкость СКМ определяли с использованием методик, описанных в примере 1. В табл. 2 приведены данные по числу циклов, соответствующих разупрочнению на 20% СКМ в виде цилиндрических образцов с внешним диаметром 14 мм, внутренним диаметром 10 мм и толщиной прослоек 0,4 мм. Таблица 2 Ni-Zr-A1 Ni-Cr-B 7 15 18 9 35 21 g 9 30 22 20 9 8 30 18 21 20 9 8 30 18 22 21 19 11 8 29 20 31 22 22 21 16 9 29 21 24 20 21 22 20 15 7 26 20 35 36 45 16 22 20 27 7 40 21 21 41 38 41 51 50 42 40 28 36 43 14 20 21 25 21 20 19 20 25 22 26 Ni+мишметалл Ni-Zr 20 19 20 9 36 40 35 20 Та-Но 14 32 31 31 20 Ta-Dy 13 25 30 31 Ta-Dy 13 25 30 Ta-Nd 13 27 Ta-Pr 12 Ta-Gd Ni Ni-Sc Ni-Cr Ni-Sn Ni-P Та 3 Ta-Sc 16 19 g 6 24 21 9 20 19 22 21 31 22 32 31 26 25 12 24 Ta-Sr 15 Ta-B Ta-B+Sr Прослойки Ni-AI Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что серийно используемые СКМ с прослойками из тантала и никеля Н1 разупрочняются на 20% всего за 3 цикла, в то время как СКМ, изготовленные по той же технологической схеме с Ni-B использованием прослоек в соответствии с предлагаемым изобретением, обладают термоциклической стойкостью в 2-15 раз выше. 27789 Пример 3 СКМ на основе молибдена и стали 12Х18Н10Т с прослойками из микролегированного ванадия, рения и никеля получали по методу горячей прокатки в вакууме Термоциклическую стойкость СКМ определяли с использованием методик, описанных в примере 1 В табл 3 приведены данные по числу циклов, соответствующим разупрочнению на 20% СКМ в виде цилиндрических образцов с внешний диаметром 14 мм, внутренним диаметром 10 мм и толщиной прослоек 0,3 мм. Таблица 3 Прослойки Re Re-Sc Re-Ho Re-Dy Re-Nd Re-Pr Re-Cd Re-Zr Re-B Re-Ho-Sc Re-Nd-Pr V 8 21 16 10 10 11 12 20 21 14 10 V-Ho 18 25 20 12 12 13 13 25 27 20 12 V-Dy 17 24 21 14 15 16 14 25 27 21 14 V-Nd 17 25 22 14 16 16 14 25 27 22 15 V-Рг 16 27 25 15 16 17 15 25 27 25 15 V-Gd 14 22 24 16 13 13 14 23 27 28 13 V-Zr 22 24 23 16 12 13 15 24 26 23 13 V-B 28 24 23 23 13 20 21 23 30 23 14 V-B-Nd 14 25 23 21 16 18 22 23 31 25 17 V-Zr-Nd 16 20 20 20 20 20 20 21 27 21 21 V-Sc 23 21 20 19 18 20 21 21 23 21 20 Микролегированная скандием прослойка на основе никеля содержалась во всех СКМ, а прослойки ванадия и рения, содержащие в качестве микродобавок один или несколько элементов из группы, скандий, гольмий диспрозий, неодим, празеодим, гадолиний, цирконий или бор, были различны Как видно из табл 3, СКМ, содержащий прослойки из ванадия, рения и микролегированного скандием никеля, разулрочняется за 8 термоциклов, в то время как СКМ содержащий прослойки в соответствии с предлагаемым изобретением, обладают термоциклической стойкостью в 1,5-3,8 раза выше Пример 4 СКМ на основе циркония и никеля с прослойками из микролегироаанного хрома и палладия получали по методу горячей прокатки в вакууме Термоциклическую стойкость СКМ определяли с использованием методик, описанных в примере 1 В табл 4 приведены данные по числу циклов, соответствующих разупрочнению на 20% СКМ в виде цилиндрических образцов с внешним диаметром 14 мм, внутренним диаметром 10 мм и прослойками из микрслегированного хрома толщиной 0,3 мм, и прослойками из микролегированного палладия толщиной 0,2 мм Таблица 4 Прослойки Pd Pd-Sc Pd-Y Pd+мишметалл Pd-Zr Pd-AI Pd-Cr Pd-Sn Pd-P Сг 3 11 10 11 12 8 11 8 8 Cr-Sc 1O 19 22 18 17 18 14 17 15 Сг-Но 12 17 18 16 17 16 14 15 14 Cr-Dy 10 16 17 18 18 15 17 13 18 Cr-Nd 12 16 18 19 19 18 17 13 15 Сг-Рг 12 16 20 20 20 19 17 13 14 Cr-Gd 11 14 18 17 17 18 16 14 14 Cr-Zr 12 21 19 18 19 19 17 17 19 Сг-Pr-Sc 12 19 18 17 19 21 19 17 18 27789 Как видно из табл 4, СКМ, содержащий нелегированную прослойку из хрома и микролегированную прослойку палладия, разупрочняется на 20% - при 8-12 термоциклах, а содержащий микролегированную прослойку хрома и нелегированную прослойку палладия - при 10-12 термоциклах Разупрочнение, на 20% СКМ на основе циркония и никеля с микролегированными прослойками хрома и палладия наблюдается только после 13-22 термоциклов, что свиде тельствует о повышении терм о циклической стойкости предлагаемого СКМ по сравнению с СКМ, содержащим нелегированные прослойки Таким образом, предлагаемый слоистый композиционный материал обладает высокой термоциклической стойкостью Кроме того, такой СКМ имеет высокую коррозионную стойкость и пониженную склонность к водородной хрупкости ДҐІ "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку -6, 0V2№Л р Формат 60x84 1/8 Обсяг О 6 обл -вид арк Тираж 50 прим Зам с£ ^ f УкрІНТЄ! Вул Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22