Влияние состава и пористости спеченных титановых наноламинатов на механические свойства при высоких температурах

Abstract

Методами микро- и макроиндентирования, одноосного сжатия, а также растровой электронной микроскопии изучено поведение структуры и механических свойств одно- и двухфазных (in-situ композитов) титановых наноламинатов Ti3SiC2, Ti3AIC2 и Ti4AIN3, изготовленных методом реакционного спекания, в компактном и пористом состоянии. Установлены закономерности, особенности и механизмы процессов деформации и разрушения каждого материала в интервале температур 20...1300°С. Определены температурнодеформационные и силовые границы их существования в пластичном состоянии. Выполнен сравнительный анализ механических свойств наноламинатов. Показано, что по увеличению прочностных характеристик и сопротивления деформации и ползучести при средних и высоких температурах наноламинаты располагаются в следующей последовательности: Ti3AlC2–Ti4AlN3–Ti3SiC2. Предложено объяснение полученного соотношения их высокотемпературных свойств. Показано, что в результате предварительной деформации пористого материала на ε = 4...8% может значительно повыситься его удельная высокотемпературная прочность, вплоть до превышения ее значений по сравнению с компактным материалом.

Методами мікро- і макроіндентування, одноосьового стиску, а також растрової електронної мікроскопії вивчено поведінку структури і механічних властивостей одно- і двофазних (in-situ композитів) титанових наноламінатів Ti3SiC2, Ti3AIC2 і Ti4AIN3, виготовлених шляхом реакційного спікання, у компактному і пористому стані. Установлено закономірності, особливості і механізми процесів деформації і руйнування кожного матеріалу в інтервалі температур 20...1300°С. Визначено температурно-деформаційні і силові межі їхнього існування в пластичному стані. Виконано порівняльний аналіз механічних властивостей наноламінатів. Показано, що за збільшенням характеристик міцності і опору деформації і повзучості при середніх і високих температурах наноламінати розташовуються наступним чином: Ti3AlC2–Ti4AlN3–Ti3SiC2. Запропоновано пояснення отриманого співвідношення високотемпературних властивостей титанових наноламінатів. Показано, що внаслідок деформації пористого матеріалу його питома високотемпературна міцність зростає на 4...8% аж до перевищення її значень у порівнянні з компактним матеріалом.

Using the techniques of micro- and macroindentation, axial compression, as well as raster electronic microscopy, we studied the structure and mechanical properties of one and two-phase titanium nanolaminates Ti3SiC2, Ti3AlC2 and Ti4AlN3 (in-situ composites), manufactured by the reactionary sintering method, both in a compact and porous conditions. We have determined the regularities, features and mechanisms of deformation and fracture processes of materials under study in the temperature range 20-1300°C. Thermal-strain and stress boundary limits of the material plastic conditions are estimated. The comparative analysis of mechanical properties of these nanolaminates is performed. It is shown that ranging of nanolaminates in ascending order by strength properties and creep/strain resistance at medium-range and high temperatures provides the following sequence: Ti3AlC2- Ti4AlN3-Ti3SiC2. We propose explanation of the obtained ratio of high-temperature properties of titanium nanolaminates. It is shown that preliminary deformation of a porous material by 4-8% can lead to significant improvement of its specific high-temperature strength, which can even exceed that of the compact material.