Физика/2.Физика твердого тела.

Никифоров А.Г., Комарова Л.Н.

Сибирский федеральный университет,

Исследование микротвердости твердых растворов Ni-Cr-Mo на основе никеля

Введение.

Измерение микротвердости является одним из методов исследования позволяющим количественно оценить прочность металлических сплавов [1]. В настоящей работе исследована микротвердость трехкомпонентного твердого раствора на основе никеля Ni-Cr-Mo. При этом устанавливалась зависимость микротвердости от химического состава не только для трехкомпонентного сплава Ni-Cr-Mo, но и для бинарных систем Ni-Cr и Ni-Mo, а также оценивались результаты взаимного влияния двух примесей. В качестве растворителя был выбран никель, который используется в ряде жаропрочных сплавов [2]. Растворимость молибдена в никеле достигает 12 ат.%, а растворимость хрома в никеле более 30 ат.% [3].

Методика эксперимента.

Для исследований было выплавлено семьдесят семь металлических однофазных сплавов системы Ni – Cr – Mo. Концентрации компонентов были таковы, что все сплавы представляли собой твердые растворы на основе никеля. Плавка металлов производилась электрической дугой в медной водоохлаждаемой изложнице в атмосфере аргона. В дальнейшем полученные образцы отжигались в вакуумной печи при температуре 800⁰С в течении 8 часов. Микротвердость измерялась микротвердомером ПМТ-3 в 10 точках по стандартной методике [4], относительная ошибка измерения 1-3%.

Результаты и выводы.

По полученным результатам были построены графики зависимости микротвердости от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве. Данные графики приведены на рис.1 – рис.11.

d Рис.1. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0	jk Рис.2. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,1
Рис.3. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,2 Рис.5. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,4	Рис.4. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,3 Рис.6. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,5
Рис.7. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,6	Рис.8. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,7
Рис.9. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,8 Рис.11. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=1,0	Рис.10. Зависимость микротвердости HV сплавов Ni-Cr-Mo от суммарного содержания хрома и молибдена в сплаве при соотношении Mo/(Cr+Mo)=0,9 Рис. 12. Зависимость коэффициента b для сплавов Ni-Сr-Mo от соотношения Mo/(Cr+Mo)

Как видно из графиков, между микротвердостью образцов и суммарным содержанием примесей наблюдается линейная зависимость в области 0-22 ат. % для хрома и 0-16 ат. % для молибдена. Так как большинство образцов содержало и хром и молибден одновременно, то только небольшое количество образцов не попало в область линейной зависимости. В дальнейшем учитывались только те образцы, для которых данная зависимость была линейной. Учитывая вышесказанное, можно записать уравнение:

HV=a+b(x₂+x₃), (1)

где - a и b коэффициенты, x₂ и x₃ – мольные доли хрома и молибдена соответственно.

Обработка результатов показала, что коэффициент a=0.6148 ГПа, то есть он показывает микротвердость чистого никеля. Очень близкий результат был получен в работе [5].

В свою очередь коэффициент b линейно зависит от соотношения x₃/(x₂+x₃), что подтверждается графиком на рис. 12.

b= 7.035+5.024 x₃/(x₂+x₃); (2)

Подставив (2) в (1) получаем:

HV=(0.6148+7.035x₂+12.059x₃)ГПа. (3)

Полученное соотношение показывает, что на величину микротвердости сильно влияет введение хрома и молибдена, в то же время взаимодействие между этими компонентами можно практически исключить.

Выводы.

В результате проделанной работы была установлена аналитическая зависимость, связывающая микротвердость HV сплавов Ni-Cr-Mo c составом сплавов. HV=(0,6148+0,07035Х_Cr+0.12059X_Mo) ГПа. Данная зависимость позволяет рассчитать микротвердость для сплавов любого состава в области твердых растворов.

Список литературы

1. Глазов В.М. Микротвердость металлов и полупроводников/
В.М. Глазов, В.Н. Вигдорович.- М.: Металлургия, 1969. – 248 с.

2. Самойлов Ю. В. Поверхностное натяжение расплава и структура никелевых сплавов / Ю. В. Самойлов, Э. И. Цвирко, В. Е. Самойлов, В. В. Кудин // ISSN 1607-6885. Новi матерiали i тенологii в металлургii та машинобудуванii №1, 2008.

3. Хансен М. Структуры двойных сплавов/ М. Хансен, К. Андерко. – М.: Металлургия, 1962. 1487с.

4. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов/
В.К. Григорович. М.: Наука, 1976, - 230 с.

5. Леонов В.В. Микротвердость тройных твердых растворов
Ni-Cu-Nb на основе никеля. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 3 (2009 2) 334-336.