Кобилінський Ю.В., Болбут В.В., Богомол Ю.І., Лобода П.І.

(НТУУ «КПІ», Київ)

ВПЛИВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА НА ВНУТРІШНІ НАПРУЖЕННЯ В СПРЯМОВАНО ЗАКРИСТАЛІЗОВАНОМУ ЕВТЕКТИЧНОМУ СПЛАВІ B₄C-TiB₂

Відомо, що боридна кераміка відрізняється високими температурою плавлення, твердістю, корозійною стійкістю і хімічною стійкістю за високих температур. Внаслідок цього вона може застосовуватись в якості броні, зносостійких частин, ріжучого і шліфувального інструменту. Однак, боридна кераміка має значно вищу крихкість особливо в порівнянні з традиційними тугоплавкими металами, такими як W, Mo, Ta чи Nb. Висока крихкість зумовлена наявними внутрішніми напруженнями та високою твердістю цих матеріалів, яка досягається за рахунок армування керамічної матриці регулярно розподіленими по об'єму дискретними керамічними волокнами іншої тугоплавкої сполуки[1].

До сих пір вивчено мало аспектів, які відносяться до впливу термічної обробки на механічні властивості і на внутрішні напруження в матеріалі. Тому, суть роботи полягала в тому, щоб визначити механізмі зняття внутрішніх напружень за рахунок термообробки, а також вплив термообробки на механічні властивості. З цією ціллю зразки були досліджені за допомогою рентгеноструктурного аналізу, рамановської спектроскопії і растової електронної мікроскопії. Були дослідженні зміна мікроструктури і властивостей до і після термічної обробки, і розраховані параметри, які ведуть до релаксації внутрішніх напружень.

Направлено закристалізований евтектичний композит B₄C-TiB₂ був вирощений методом безтигельної зонної плавки неспечених порошкових пресовок [2].

Для зняття внутрішніх напружень за температури 1400 °C 24 години в трубчастій печі проводилась термічна обробка. В печі для запобігання окислення і додавання різних домішок була створена інертна атмосфера (аргон). Мікроструктура до і після термообробки була вивчена за допомогою скануючого електронного мікроскопу "REM FEI ES EM XL30 FEG".Знімки були зроблені в режимі розсіювання первинних електронів вздовж і поперек напрямку роста включень.

Внутрішні напруження вимірювались методами рентгеноструктурного аналізу і рамановської спектроскопії. Були проаналізовані положення рефлексів на рентгенограмі (спектрограмі) вільного від напружень матеріалу і матеріалу з напруженнями до і після термообробки. Величина зміщення рефлексу відповідає величині внутрішніх напружень в матеріалі.

Такі механічні властивості як тріщиностійкість та міцність матеріалу при згині були досліджені за допомогою триточкового випробування на згин. Мікротвердість була виміряна на мікротвердомеріLeicaMicrohardnessTester VMHT.

Отже, було визначено, що внутрішні напруження у виготовленому методом зонної плавки евтектичному сплаві B₄C-TiB₂ сягають приблизно 1 ГПа. Після термічної обробки значення напружень досягають вдвічі менших значень. Результати вимірювання механічних властивостей наведені в таблиці 1. Після термічної обробки зразки мали в три рази нижчі значення міцності на згин, мікротвердість та тріщиностійкість теж зазнали незначного зменшення.