Квон Св.С., Сидорина Е.А., Медведева И.Е.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Исследование свойств керметов на основе карбида титана, работающих при высоких температурах

Керамико-металлические материалы — керметы — получают путем прессования и спекания смеси керамических порошков (тугоплавкие карбиды, окислы, силикаты и т. п.) и металлических порошков. Порошки карбидов (окислов, силикатов) смешивают с порошком кобальта или другого металла, выполняющего роль связки и спекают при температуре 1400-1500С. При спекании связка растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал (пористость не превышает 2%), структура которого на 80-95% состоит из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но приводит к повышению прочности и вязкости.

В связи с поисками новых высокотемпературных материалов стали появляться исследования, посвященные изучению влияния вида и количества связки на свойства материалов, в частности на характеристики ползучести и предела длительной прочности.

В данной работе исследовалось влияние содержания никель-хромовой и никель-кобальт-хромовой связки на свойства кермета на основе карбида титана. При этом варьировалось содержание связки в зависимости от требуемых от изделия свойств. Например, если материал должен иметь высокое сопротивление разрыву, а требования по сопротивлению ударным нагрузкам являются относительно менее важными (например, при использовании в дисках небольших турбин), желательно применять материалы, содержащие примерно от 20 до 45 % (по весу) связующего сплава. Однако, если рассматривать материалы для направляющих аппаратов турбин, где требуется несколько меньшая длительная прочность, но повышенная ударная вязкость, можно допустить использование материала, содержащего от 50 до 65% (по весу) связки.

В таблице 1 приведены составы использованных материалов.

Таблица 1 - Состав и физические свойства материалов

Сплавы	Химический состав, %				Плотность, г/см^3	Твердость по Виккерсу	Средний коэффициент линейного расширения
	ТiС	Ni	Со	Сr
Сплав 1	60	32	-	8	6,20	950	10,2
Сплав 2	50	40	-	10	6,50	790	-
Сплав 3	35	52	-	13	6,90	590	12,6
Сплав 4	75	15	5	5	6,0	1070	9,9
Сплав 5	60	24	8	8	6,25	960	9,2
Сплав 6	50	30	10	10	6,55	820	10,6
Сплав 7	35	39	13	13	6,95	600	11,9

В рассматриваемых сплавах содержание связки по весу менялось от 25% до 65%. Все образцы были приготовлены обычными методами порошковой металлургии, т.е. смешиванием порошков карбида и связующего сплава в шаровых мельницах с последующим холодным прессованием, предварительным и окончательным спеканием. Операции спекания производились в вакуумной печи с молибденовыми нагревателями при температуре 1500⁰С; во время спекания поддерживался вакуум около 0,1 мм рт.ст.

Как видно из данных таблицы 1 плотность исследованных материалов колеблется от 6 до 6,9 г/см³ и зависит от содержания связки. Твердость по Виккерсу также зависти от содержания связки, уменьшаясь с увеличением ее количества.

В таблице 2 приведены механические свойства исследованных материалов при различных температурах. Исследование механических свойств проводилось по соответствующим ГОСТам.

Прочность на изгиб, так же как и на растяжение, при комнатной температуре достаточно высока. Ударная вязкость с увеличением содержания связки несколько повышается, а модуль упругости и длительности прочность уменьшается. Образец 6 под нагрузкой 26,7 МПа при 800⁰ разорвался после 1064 часа, образец 7 испытывался свыше 4000 часов при 760⁰ под нагрузкой 26 МПа.

Таблица 2 - Механические свойства исследованных сплавов

Сплавы	Содержание связки, %	Предел прочности при изгибе, МПа		Предел прочности при растяжении, МПа		Ударная вязкость, МДж/м^2		Модуль упругости при 20^0, кг/мм^2	100-часовая длительность прочность, МПа
		20^0	900^0	20^0	900^0	20^0	900^0		800^0	1000^0
Сплав 1	40	1300-1400	-	700-800	450	0,44	0,57	38300	65	-
Сплав 2	50	1590-1700	-	900-1000	500	0,57	0,89	-	70	-
Сплав 3	65	1700-1790	-	950-1050	420	0,91	-	-	72	-
Сплав 4	25	1200-1300	-	600-700	-	0,38	0,43	41800	120	-
Сплав 5	40	1340-1500	-	800-900	500	0,43	-	39400	320	80
Сплав 6	50	159-179	70	90-100	450	0,53	0,81	35600	280	60
Сплав 7	60	174-188	62	100-108	380	0,97	1,20	32300	260	60

Список использованных источников

Вязников Н.Ф., Ермаков С.С.Металлокерамические материалы и изделия. Л.1967.