Nghiên cứu hợp kim VKNA-1V thu được bằng phương pháp SPS với việc kích hoạt cơ học các bột trước

L. I. Shevtsova1
1Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia

Tóm tắt

Bài báo trình bày kết quả của các nghiên cứu cấu trúc và đánh giá mức độ sức bền uốn của một hợp kim dựa trên nickel aluminide (VKNA-1V) thu được bằng cách tinh luyện plasma lửa (spark plasma sintering) các bột được kích hoạt cơ học từ các thành phần ban đầu dưới các điều kiện tinh luyện khác nhau. Nhiệt độ tinh luyện là biến số chính (phạm vi: 1.100 đến 1.250°C). Đã xác định rằng khi nhiệt độ tinh luyện vượt quá 1.200°C, quá trình hình thành pha lỏng xảy ra. Phân tích nhiễu xạ tia X của các vật liệu được nghiên cứu cho thấy Ni3Al là pha chính. Điều kiện tinh luyện được khuyến nghị để thu được phôi dày, ít khuyết tật làm từ hợp kim VKNA-1V bao gồm tinh luyện ở 1.150°C trong 5 phút dưới áp suất 40 MPa. Loại vật liệu này có mức độ sức bền uốn cao ở nhiệt độ phòng (σbend = 1.640 MPa) và độ cứng vi mô bằng 650 HV.

Từ khóa

#VKNA-1V hợp kim #tinh luyện plasma lửa #nhiệt độ tinh luyện #sức bền uốn #độ cứng vi mô #Ni3Al

Tài liệu tham khảo

N. A. Nochovnaya, O. A. Bazyleva, D. E. Kablov, and P. V. Panin, Intermetallic Alloys based on Titanium and Nickel [in Russian], VIAM, Moscow (2018). P. Jozwik, W. Polkowski, and Z. Bojar, “Applications of Ni3Al based intermetallic alloys – current stage and potential perceptivities,” Materials, 8, 2537-2568 (2015); https://doi.org/10.3390/ma8052537. O. A. Bazyleva, E. G. Arginbaeva, and E. Yu. Turenko, “High-temperature intermetallic alloys for gas turbine engine components,” Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, No. 3, 26–31 (2013). Ye. N. Kablov, O. G. Ospennikova, and O. A. Bazyleva, “Materials for high-temperature loaded components of gas turbine engines,” Vestn. MGTU im. N. E. Baumana, Ser. Mashinostroyeniye, Metallurgiya, No. SP2, 13–19 (2011). O. G. Ospennikova, O. A. Bazyleva, E. G. Arginbaeva, et al., “Development of intermetallic nickel alloys and composite materials based on them,” Vestn. MGTU im. N. E. Baumana, Ser. Mashinostroyeniye, No. 3, 75–89 (2017). D. V. Dudina, Modern Methods of Powder Sintering. Specifics of Structure Formation in Sintered Materials [in Russian], NGTU, Novosibirsk (2020). M. Tokita, “Trends in advanced SPS (Spark Plasma Sintering) systems and technology,” J. Soc. Powd. Tech. Japan, 30, No. 11, 790–804 (1993). L. Shevtsova, V. Mali, A. Bataev, et al., “Microstructure and mechanical properties of materials obtained by spark plasma sintering of Ni3Al–Ni powder mixtures,” Mat. Sci. and Eng. A, 773, Art. 138882 (2020); https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138882. P. Mardiha, A. Bahrami, and A. Mohammadnejad, “Towards a high strength ductile Ni/Ni3Al/Ni multilayer composite using spark plasma sintering,” Sci. Sintering, 51, 401–408 (2019); https://doi.org/10.2298/SOS1904401M. 10 L. I. Shevtsova, “Structure and mechanical properties of Ni3Al intermetallic compound obtained by spark plasma sintering of mechanically activated Ni–Al powder mixture,” Obrabotka Metallov (Tekhnologiya, Oborudovaniye, Instrumenty), No. 3(64), 21–27 (2014). N. Frage, S. Kalabukhov, A. Wagner, and E.B. Zaretsky, “High temperature dynamic response of SPS-processed Ni3Al,” Intermetallics, 102, 26–33 (2018). J. Meng, C. Jia, and Q. He, “Effect of mechanical alloying on structure and property of Ni3Al by spark plasma sintering,” Powder Metallurgy, 51, 227–230 (2008). T. S. Ogneva, I. A. Bataev, V. I. Mali, et al., “Effect of sintering pressure and temperature on structure and properties of Ni–Al metal-intermetallic composites produced by SPS,” Materials Characterization, 180, 111415 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111415. L. I. Shevtsova, M. A. Korchagin, M. A. Yesikov, et al., “Structure and properties of Ni3Al intermetallic compound formed by SPS sintering of powder mixtures prepared by various methods,” Metallurg, No. 11, 56–61 (2021); https://doi.org/10.52351/00260827_2021_11_56. A. Mohammadnejad, A. Bahrami, M. Sajjadi, et al., “Microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered nanocrystalline Ni3Al–xB (0.0 < x < 1.5 at.%),” Alloy, Mater. Today Communications, 17, 161–168 (2018). 16 O. A. Bazyleva, I. Yu. Yefimochkin, E. G. Arginbaeva, et al., “Composite material based on oxide-reinforced VKNA-type intermetallic alloy,” Perspektivnye Materialy, No. 10, 19–27 (2020). S. A. Oglezneva, M. N. Kachenyuk, A. A. Smetkin, and V. B. Kulmeteva, “Binder composition for a gradient material with heat-protective properties formed by spark plasma sintering,” Tsvetnye Metally, No. 9 (945), 53–59 (2021). L. I. Shevtsova, M. A. Yesikov, V. A. Lozhkin, et al., “Structure and strength properties of compacted materials obtained by sintering powders of nickel aluminide grades PN85Yu15 and PN75Yu23V (VKNA) using the SPS method,” Metallurg, No. 8, 61–67 (2022); https://doi.org/10.52351/00260827_2022_08_61. N. N. Trofimenko, I. Yu. Yefimochkin, I. V. Osin, and R. M. Dvoretskov, “Studying the possibility of producing a high-entropy VNbMoTaW alloy by mixing elemental powders with subsequent compaction using hybrid spark plasma sintering,” Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, No. 2 (55), 12–20 (2019). I. Yu. Yefimochkin, B. V. Shchetanov, S. V. Paegle, and R. M. Dvoretskov, “Studying the specifics of mechanical alloying during in-situ synthesis of composites based on refractory metals,” Trudy VIAM, No. 4 (64), 38–50 (2018). O. A. Bazyleva, E. G. Arginbaeva, M. V. Unchikova, and Yu. V. Kostenko, “Effect of high-temperature annealing on the structure and properties of alloys based on the Ni3Al intermetallic compound,” Vestn. MGTU im. N. E. Baumana, Ser. Mashinostroyeniye, No. 1, 112–122 (2016); https://doi.org/10.18698/0236-3941-2016-1-112-122. V. Yu. Filimonov, M. A. Korchagin, E. V. Smirnov, et al., “Kinetics of mechanically activated high temperature synthesis of Ni3Al in the thermal explosion mode,” Intermetallics, 19, 1–8 (2010); https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.11.028. GOST 20018-74: Sintered Solid Alloys. Method for Determining Density [in Russian], valid from Jan. 01, 1976 to Jan. 01, 1991, Izd. Standartov, Moscow, 11 p.