Вдосконалення механічних властивостей β-стабілізованих інтерметалідів системи TiAl методом зонної перекристалізації

Abstract

Досліджені механічні властивості інтерметалідного сплаву системи TiAl наступного складу: Ti-44Al-5Nb- 3Cr-1,5Zr (ат.%). З метою оптимізації структури і властивостей цей сплав був переплавлений методом індукційної безтигельної зонної плавки (ІБЗП). Відпрацьована методика випробувань на розтяг та стиснення інтерметаліду системи TiAl, як у вихідному стані, так і після індукційної зонної плавки. Результати ви пробувань на розтяг вихідного матеріалу показали, що тимчасовий опір розриву при кімнатній температурі (+20 °С) дорівнює 240,5 МПа, а пластичність, практично, не спостерігається. Аналогічні випробування зразків, що пройшли обробку методом ІБЗП показали значення межі текучості — 837 МПа, межі міцності — 983 МПа і подовження δ — 1,45 %. Інтерметаліди системи TiAl при кімнатній температурі є малопластичними матеріалами і при випробуванні їх на одновісне розтягнення крихке руйнування зразка наступає відразу в пружній області. У зв'язку з тим, що стиснення — один з найбільш м'яких видів випробувань було прийнято рішення подальші випробування з метою визначення механічних характеристик проводити на стиснення. Дослідження проводилися на машині Instron 8802 за допомогою спеціальних пристроїв, які були розроблені для плоских та циліндричних зразків відповідно до стандарту ASTM D695. Це дозволило визначити такі механічні характеристики, як межа текучості і межа міцності, а також ступінь деформації при стисненні ε, % для вихідного матеріалу. За цими даними були побудовані криві деформації. З метою порівняння механічних властивостей вихідного сплаву, які одержані різними методами випробування — на розтяг та на стиснення, були також проведені випробування на стиск зразків після зонної перекристалізації. Показано, що механічні властивості сплаву, які були визначені при випробуванні на стиснення, значно вищі, ніж ті, які одержані при випробуванні на розтяг.

We investigate the mechanical properties of the intermetallic alloy of the TiAl system of the composition Ti-44Al- 5Nb-3Cr-1.5Zr (at.%), which was remelted in order to optimize the structure and properties by the method of induction float zone melting (FZ-processing). The method of tensile and compressive tests of the intermetallide of the TiAl system, both in the initial state and after the crucibleless induction zone melting, has been developed. The results of tensile tests of the source material showed that the tensile strength at room temperature (+ 20 °C) is 240.5 MPa, and ductility is practically not observed. An analogous test of samples, which passed the test using the IBZP method, showed a yield limit of 837 MPa, ultimate strength of 983 MPa, and tensile elongation δ — 1.45%. Intermetallics of the TiAl system at room temperature are low-plasticity materials, and the brittle fracture of the sample when tested for uniaxial tension occurs immediately in the elastic region. Due to the fact that the compression is one of the mildest types of tests, it was decided to perform further tests to determine the mechanical characteristics of compression. The studies were performed on a machine Instron 8802 using special devices designed for flat and cylindrical specimens in accordance with the standard ASTM D695. This allowed us to determine such mechanical characteristics as the yield limit and ultimate strength, as well as the degree of deformation under the compression ε %, for the source material. Deformation curves were constructed from these data. In order to compare the mechanical properties of the initial alloy, which were obtained by different test methods — tensile and compressive, we also tested the samples for the compression after the zone recrystallization. It is shown that the mechanical properties of the alloy, which were determined in the compression test, are much higher than those obtained in the tensile test.