The Influence of Production Technology on the Structure
and Mechanical Properties of Niobium–Silicon–Aluminum Alloys

I. V. Sapegina; Сапегина И. В.; A. N. Lubnin; Лубнин А. Н.; V. I. Ladyanov; Ладьянов В. И.

doi:10.31857/S0015323022601556

Влияние технологии получения на структуру и механические свойства сплава ниобия с кремнием и алюминием

Авторы: Сапегина И.В.¹, Лубнин А.Н.¹, Ладьянов В.И.¹
Учреждения:
1. Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Выпуск: Том 124, № 3 (2023)
Страницы: 317-322
Раздел: ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139398
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601556
EDN: https://elibrary.ru/CLUQRH
ID: 139398

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Исследованы литые сплавы Nb–14 ат. % Si–9 ат. % Al, полученные самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) и методом СВС с последующим электродуговым переплавом. В сплаве, полученном методом СВС, формируется структура, состоящая из твердого раствора кремния и алюминия в ниобии (Nb_SS), интерметаллида Nb₃Al и силицида β-Nb₅(Si, Al)₃. В сплаве после электродугового переплава произошло подавление образования фазы Nb₃Al и сформировалась дисперсная двухфазная структура из Nbss и β-Nb₅(Si, Al)₃. Увеличение объемной доли Nb_SS и дисперсность структуры сплава после электродугового переплава, приводит к повышению его вязкости разрушения до 14.8 ± 0.8 МПа м^1/2 по сравнению с 7.7 ± 0.8 МПа м^1/2 для сплава, полученного СВС.

Ключевые слова

силициды ниобия, СВС, твердость, вязкость разрушения

Список литературы

Светлов И.Л. Высокотемпературные Nb–Si-композиты // Материаловедение. 2010. № 9. С. 29–38.
Kocherzhinsky Yu.A., Yupko L.M. Shishkin E.A. State diagram Nb–Si // Russ. Metall. 1980. № 1. P. 206–211.
Kimura Y., Yamaoka H., Sekido N., Mishima Y. Processing, microstructure, mechanical properties of Nb/Nb5Si3 two phase alloys // Metal. Mater. Trans. A. 2005. V. 36A. № 3. P. 483–488.
Yukhvid V.I., Alymov M.I., Sanin V.N., Andreev D.E., Sachkova N.V. Self-propagating high-temperature synthesis of Niobium Silicide-based composite materials // Inorganic Mater. 2015. V. 51. № 12. P. 1251–1257. https://doi.org/10.1134/ S0020168515110151
Bewlay B.P., Lipsitt H.A., Jackson M.R., Reeder W.J., Sutliff J.A. Solidification processing of high temperature intermetallic eutectic-based alloys // Mater. Sci. Eng. A. 1995. V.192/193. P. 534–543.
Mendiratta M.G., Dimiduk D.M. Microstructures and mechanical behavior of two-phase niobium silicide-niobium alloys // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1989. V. 133. P.441–446.
Kim W.Y., Tanaka H., Kasama A., Hanada S. Microstructure and room temperature fracture toughness of Nbss/Nb5Si3 in situ composites // Intermetallics. 2001. V. 9. P. 827–834.https://doi.org/10.1016/S0966-9795(01)00072-3
Kashyap S., Tiwary C.S., Chattopadhyay K. Microstructure and mechanical properties of oxidation resistant suction cast Nb–Si–Al alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2013. V. 559. № 1. P. 74–85.https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.08.027
Sapegina I.V., Pushkarev B.E., Tereshkina S.A., Ladyanov V.I. Structure and properties of nb–si–al hypoeutectic alloys obtained by aluminothermy at different cooling rates // J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2021, V. 15. № 6. P. 1345–1348. https://doi.org/10.1134/S1027451021060422
Zhao J.C., Peluso L.A., Jackson M.R., Tan L. Phase diagram of the Nb–Al–Si ternary system // J. Alloys Compds. 2003. № 4. P. 183–188.https://doi.org/10.1016/S0925-8388(03)00524-3
Raghavan V. State diagram Al–Nb–Si // J. Phase Equilibria and Diffusion. V. 27. № 2. 2006. P. 163–165.https://doi.org/10.1361/154770306X97272
Qu S., Han Y., Sang L. Effects of alloying elements on phase stability in Nb–Si system intermetallics materials // Intermetallics. 2007. V. 15. P. 810–813.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2006.10.044
Papadimitriou I., Uttonet C., Scott A., Tsakiropoulos P. Ab initio study of the intermetallics in Nb–Si binary system // Intermetallics. 2014. V. 54. P. 125–132.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2014.05.020
Shelekhov E.V., Sviridova T.A. Programs for X-ray analysis of polycrystals // Metal. Sci. Heat Treatment. 2000. V. 42. № 8. P. 309–313.https://doi.org/10.1007/BF02471306
Kammerdiner L., Luo H.L. Superconductivity in the Nb-rich Nb–AI alloys // J. Appl. Phys. V. 43. № 11. 1972. P. 4728–4731.https://doi.org/10.1063/1.1660995
Кузьмина Н.А., Бондаренко Ю.А. Исследование фазового состава и структуры ниобий-кремниевого композита, полученного методом направленной кристаллизации в жидкометаллическом охладителе // Труды ВИАМ. 2016. Т. 41. № 5. С. 19–27.
Brukl C., Nowotny H., Benesovsky F. Study of the Ternary Systems V–Al–Si, Nb–Al–Si, Cr–Al–Si, Mo–Al–Si, and Cr(Mo)–Al–Si. Monatsh Chemie. 1961. 92. P. 967–980.
Pan V.M., Latysheva V.I., Kulik O.G., Popov A.G., Litvinenko E.N. State diagrams of Nb–NbAl3–Nb5Si3 // Russ. Metall. 1984. № 4. P.233–235.
Murakami T., Sasaki S., Ichikawa K., Kitahara A. Microstructure, mechanical properties and oxidation behavior of Nb–Si–Al and Nb–Si–N powder compacts prepared by spark plasma sintering // Intermetallics. 2001. V. 9. P. 621–627.
Kashyap S., Tiwary C.S., Chattopadhyay K. Microstructural and mechanical behavior study of suction cast Nb–Si binary alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2013. V. 583. P. 188–198.https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.06.045
Чернов А.А., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С., Демьянец Л.Н., Кузнецов В.А., Лабочев A.H. Современная кристаллография. Т. 3. М.: Наука, 1980. 408 с.
Shao G. Thermodynamic assessment of the Nb–Si–Al system // Intermetallics. 2004. V. 12. № 6. P. 655–664.https://doi.org/10.1016/j.intermet.2004.03.011
Sekido N., Kimura Y., Miura S., Mishima Y. Solidification process and mechanical behavior of the Nb/Nb5Si3 two phase alloys in the Nb–Ti–Si System // Mater. Trans. 2004. V. 45. № 12. P. 3264–3271.
Lawn B. R., Evans A. G., Marshall D. B. Elastic/plastic indentation damage in ceramics: the median/radial crack system // Journal of the American Ceramic Society. 1981. № 9. P. 533–538.
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005. 192 с.
Jackson M.R., Bewlay B.P., Rowe R.G., Skelly D.W., Lipsitt H.A. High-temperature refractory metal-intermetallic composites // JOM. 1996. V. 48. № 1. P. 39–45.
Светлов И.Л. Высокотемпературные Nb–Si–композиты // Материаловедение. 2010. № 10. С. 18–27.