Микротвердость тройных твердых растворов Ni-Cu-Nb на основе никеля
Автор: Леонов В.В.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статья в выпуске: 3 т.2, 2009 года.
Бесплатный доступ
Исследована микротвердость HV, ГПа тройных твердых растворов Ni-Cu-Nb на основе никеля от состава (X, ат.%). Получена линейная зависимость НV = 0,61 + 0,074Cu + 0,182XNb.
Микротвердость, твердый раствор, никель
Короткий адрес: https://sciup.org/146114507
IDR: 146114507
Текст научной статьи Микротвердость тройных твердых растворов Ni-Cu-Nb на основе никеля
Микротвердость HV – одно из свойств твердых простых веществ и их сплавов. Ее часто исследуют в бинарных системах [1, 2, 3]. В настоящей работе исследована микротвердость трехкомпонентного твердого раствора на основе никеля Ni-Cu-Nb. При этом устанавливались зависимости микротвердости от химического состава не только в бинарных системах Ni-Cu и Ni-Nb, но и оценивались результаты взаимного влияния двух примесей. В качестве растворителя выбрали никель, который часто является одним из основных компонентов жаропрочных и нержавеющих сталей. Растворимость ниобия в никеле достигает 14 ат. %, а никель с медью образует непрерывный ряд твердых растворов [4]. Тройная система Ni-Cu-Nb имеет соответствующую область твердых растворов на основе никеля.
Сплавы готовили сплавлением порошков компонентов электрической дугой в аргоне. Слиток шлифовали, полировали, отжигали при 800-900 °С в течение 3-4 часов. Микротвердость измеряли на микротвердометре ПМТ-3 в 20 точках, ошибка измерения 1-3 %.
Составы образцов находятся в пределах области твердых растворов в системе на основе никеля. Составы измеряемых сплавов располагаются на прямой, проходящей через угол никеля в тройной системе, что соответствует постоянному отношению Cu/Nb. Отношение ХCu/ (ХCu + ХNb) изменялось через 10 ат. % от одной линии к другой (от одной серии к другой), где Х – концентрация ат. %. Общее число проанализированных составов 55. Эти образцы покрывали весь угол у никеля в тройной диаграмме.
Результаты измерения приведены в табл. 1, на основании которых строили линейные зависимости микротвердости от суммы концентраций примесей:
НV = а + b(ХCu + ХNb). (1)
Таблица 1. Зависимость микротвердости, ГПа, тройных сплавов системы Ni-Cu-Nb от состава, ат. %
|
XCu + XNb |
Отношение XCu/(XCu + XNb) |
||||||||||
|
= 0 |
= 0,1 |
= 0,2 |
= 0,3 |
= 0,4 |
= 0,5 |
= 0,6 |
= 0,7 |
= 0,8 |
= 0,9 |
= 1 |
|
|
2 |
1,09 |
0,99 |
0,88 |
1,00 |
0,71 |
0,78 |
0,88 |
0,97 |
0,91 |
0,62 |
0,88 |
|
3 |
1,19 |
1,14 |
1,07 |
1,16 |
0,99 |
1,04 |
0,87 |
0,89 |
0,79 |
0,85 |
0,85 |
|
4 |
1,34 |
1,36 |
1,48 |
1,19 |
1,25 |
1,08 |
1,03 |
1,04 |
0,86 |
0,90 |
0,87 |
|
5 |
1,44 |
1,55 |
1,33 |
1,33 |
1,13 |
1,21 |
1,19 |
1,06 |
1,13 |
1,06 |
0,99 |
|
6 |
1,42 |
1,90 |
1,55 |
1,59 |
1,43 |
1,46 |
1,34 |
1,26 |
1,15 |
1,18 |
1,15 |
Таблица 2. Зависимость микротвердости, ГПа, тройных сплавов системы Ni-Cu-Nb от состава, ат. %
|
Отношение XCu/(XCu + XNb) |
НV = НVо + b(XCu + XNb) |
Достоверность |
|
= 0 |
НV = 0,61 + 0,162(XCu + XNb) |
R² = 0,274 |
|
= 0,1 |
НV = 0,61 + 0,197(XCu + XNb) |
R² = 0,962 |
|
= 0,2 |
НV = 0,61 + 0,162(XCu + XNb) |
R² = 0,805 |
|
= 0,3 |
НV = 0,61 + 0,158(XCu + XNb) |
R² = 0,898 |
|
= 0,4 |
НV = 0,61 + 0,126(XCu + XNb) |
R² = 0,805 |
|
= 0,5 |
НV = 0,61 + 0,129(XCu + XNb) |
R² = 0,921 |
|
= 0,6 |
НV = 0,61 + 0,114(XCu + XNb) |
R² = 0,927 |
|
= 0,7 |
НV = 0,61 + 0,104(XCu + XNb) |
R² = 0,607 |
|
= 0,8 |
НV = 0,61 + 0,088(XCu + XNb) |
R² = 0,629 |
|
= 0,9 |
НV = 0,61 + 0,084(XCu + XNb) |
R² = 0,822 |
|
= 1,0 |
НV = 0,61 + 0,082(XCu + XNb) |
R² = 0,696 |
|
Среднее |
НV = 0,61 + b(XCu + XNb) |
|
|
b = 0,182 -0,108[XCu/(XCu + XNb)], R² = 0,899 |
||
|
Итоговое НV = 0,61 + 0,074XCu + 0,182XNb |
||
Коэффициент пропорциональности b в этих уравнениях зависит от отношения концентраций примесей (табл. 2). Эту зависимость строили как линейную и полиномиальную, описывали уравнением, которое приведено внизу табл. 2. Здесь же приведены расчетные уравнения и итоговое уравнение зависимости микротвердости трехкомпонентного твердого раствора от концентрации (ат. %) двух примесей.
Следует пояснить, что зависимости (1) строили 2 раза. Сначала строили линейные зависимости по первичным результатам измерений. Определяли коэффициент а для каждой серии, а – 335 – затем находили средний аср = НV0, который равен микротвердости чистого никеля. Второе построение вели при фиксированном аср = НVо, и только после этого строили зависимость b = с + е[XCu/(XCu + XNb)]. (2)
Для краткости приводим полученные результаты в виде уравнений, без графиков. Как видим, линейные уравнения
HV = HV o + b(XCu + XNb) (3)
имеют большую достоверность аппроксимации R2. Уравнение (2) также линейное, хотя достоверность меньше, но находится в пределах ошибки измерения микротвердости.
Линейность (аддитивность) изменения коэффициента b указывает на отсутствие взаимодействия компонентов Cu и Nb в твердом растворе на основе никеля. И как следствие этого, получаем итоговое уравнение линейным:
HV = HVo + (с + е)XCu + сXNb = 0,61 + 0,074Си + 0,182XNb. (4)
Следовательно, очень легко прогнозировать микротвердость тройного твердого раствора при разных концентрациях компонентов. Например, можно описывать уравнением изменение микротвердости в бинарной системе (XМеi = 0) или при постоянной концентрации одного компонента (XМеi = А).
