Структура и свойства сплавов системы Ta-Zr, полученных методом высокоскоростной закалки из жидкого состояния

Рассмотрено влияние высокоскоростной закалки расплава, реализуемой методом экстракции висящей капли расплава, бинарной системы Ta—Zr. Применяли две смеси элементарных порошков тантала и циркония с содержанием 60 и 6 % тантала соответственно. Композиции после смешивания прессовали при давлении 250 МПа в стальной пресс-форме на гидравлическом прессе. Спекание выполняли в вакуумной печи при температуре 1350 °С и давлении 10^-3 Па. Высокоскоростную закалку проводили в вакууме при давлении 2•10^-2 Па при помощи электронно-лучевого нагрева и вращающегося диска-теплоприемника. Толщина полученных волокон составляла 15—80 мкм. Проведены исследования и сравнение результатов испытаний образцов быстрозакаленных дискретных волокон сплава Ta—Zr и образцов, полученных в результате оплавления заготовки-штабика посредством электронно-лучевого нагрева (в литом состоянии). Установлено, что структура быстрозакаленных волокон сплава с содержанием 6 мас.% Ta состоит из зерен игольчатой формы размером 5—10 мкм, а волокна с 60 мас.% Ta имеют столбчатую дендритную структуру. Изучение распределения тантала и циркония по поперечному сечению волокна показало, что при снижении скорости охлаждения менее 10⁵ К/с в сплаве с долей тантала 60 мас.% развивается монотектоидное превращение. Выявлено, что у сплава с 6 мас.% Та значение микротвердости быстрозакаленного волокна в 1,5 раза выше, чем у того же сплава без закалки, а для сплава с 60 мас.% Ta такое же сопоставление дает 2-кратное превосходство.

1. Емельянов В.С., Годин Ю.Г., Евстюхин А.И. Исследование системы цирконий—тантал. Атом. энергия. 1957. Vol. 2. No. 1. С. 42—47.

2. Емельянов В.С., Годин Ю.Г., Евстюхин А.И. Механические свойства двойных и тройных сплавов циркония с танталом и ниобием при комнатной и повышенной температурах. В сб.: Ядерное горючее и реакторные материалы: Тр. II Междунар. конф. по мирному использованию атомной энергии (Женева, 1958 г.). 1959. С. 462—473.

3. Williams D.E., Jaskons R.J., Larsen W.L. The tantalum-zirconium alloy system. Trans. Metall. AIME. 1962. Vol. 224. No. 4. P. 751—756.

4. Pease L.F., Brophy J.H. Some modifications in the diagram for the tantalum—zirconium system. Trans. Metall. AIME. 1963. Vol. 227. No. 5. P. 1245—1249.

5. Smirnov I.V., Tsverova A.S., Grinyaev K.V., Ditenberg I.A. Influence of annealing temperature on microstructure and microhardness of V—Cr—Ta—Zr alloy. In: 16th Int. Conf. of students and young scientists on prospects of fundamental sciences development (Tomsk, 23—26 April 2019). 2019. Vol. 1909. P. 936—941. DOI: 10.1088/1757-899X/597/1/012050.

6. Peradze T., Stamateli I., Cederstrom J., Berikashvili T., Razov A., Gorgadze K. Shape memory effect in Ti—Ta—Zr alloys. Int. J. Appl. Electromagn. Mech. 2006. Vol. 23 (1—2). P. 39—43. DOI: 10.3233/JAE-2006-730.

7. Enayati M.H., Schumacher P., Cantor B. The structure and thermal stability of mechanically alloyed Ni—Nb— Zr amorphous alloys. J. Mater. Sci. 2002. Vol. 37 (24). P. 5255—5259. DOI: 10.1023/A:1021008620711.

8. Deo L.P., Kaufman M.J., Wang B., Nikodemski S. Crystalline phases found in rapidly quenched Ni—Nb—Zr alloys. J. Microscopy. 2017. Vol. 267 (1). P. 49—56. DOI: 10.1111/jmi.12546.

9. Paglieri S.N., Pal N.K., Dolan M.D., Kim S.-M., Chien W.-M., Lamb J. Hydrogen permeability, thermal stability and hydrogen embrittlement of Ni—Nb—Zr and Ni—Nb— Ta—Zr amorphous alloy membranes. J. Membr. Sci. 2011. Vol. 378 (1—2). P. 42—50. DOI: 10.1016/j.memsci.2011.04.049.

10. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки. Вестн. Рос. академии наук. 2020. Vol. 90. No. 4. С. 331—334. DOI: 10/31857/S0869587320040052.

11. Tudoran S., Voiculescu I., Geanta V., Vizureanu P, Mar-za Rosca I., Patra^cu I., Ciocoiu R. Effects of the chemical composition on the microstructural characteristics of Ti—Nb—Ta—Zr alloys. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. Vol. 572. P. 1—5. DOI: 10.1088/1757-899X/572/1/012022.

12. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». Авиац. материалы и технологии. 2015. No. 1 (34). С. 3—33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.

13. Гращенков Д.В., Ефимочкин И.Ю., Большакова А.Н. Высокотемпературные композиционные материалы, армированные частицами и волокнами тугоплавких соединений. Авиац. материалы и технологии. 2017. No. S. С. 318—328. DOI: 10/18577/2071-9240-0-S-318-328.

14. Tang Z.Z., Hsieh J.H., Zhang S.Y., Li C., Fu Y.Q. Phase transition and microstructure change in Ta—Zr alloy films by co-sputtering. Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 198. P. 110—113. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.10.019.

15. Бабашов В.Г., Варрик Н.М. Высокотемпературный гибкий волокнистый теплоизоляционный материал. Тр. ВИАМ. 2015. No. 1. С. 15—19. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 29.06.2020).

16. Yang D., Zhou X., Cheng T., Sun K., Huang D. Development of rotary shear equipment for preparing short metal fibers. In: IEEE 8th Int. Conf. on CIS & RAM (Ningbo, 19—21 Nov. 2017). 2017. P. 105—110. DOI: 10.1109/ICCIS.2017.8274757.

17. Ивахненко Ю.А., Баруздин Б.В., Варрик Н.М., Максимов В.Г. Высокотемпературные волокнистые уплотнительные материалы. Авиац. материалы и технологии. 2017. No. S. С. 272—289. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-272-289.

18. Серов М.М., Борисов Б.В. Получение металлических волокон и пористых материалов из них методом экстракции висящей капли расплава. Технолог. легких сплавов. 2007. No. 3. С. 62—65.

19. Фарафонов Д.П., Деговец М.Л., Алешина Р.Ш. Металлические волокна из жаростойких сплавов, легированных металлами платиновой группы. Авиац. материалы и технологии. 2016. No. 1. C. 44—52. DOI: 10.185.77/2071-9140-2016-0-1-44-52.

20. Li Q., Niinomi M, Hieda J. Deformation-induced a phase in modified Ti—29Nb—13Ta—46 Zr alloy by Cr addition. Acta Biomater. 2013. Vol. 9. P. 8027—8035.

21. Lin Chang, Jue Liu, Hai-Lin Yang. Effects of Zr contents on the microstructure, mechanical properties and biocompatibility of Ta—Zr alloys. Mater. Sci. Forum. 2018. Vol. 914. P. 37—44. DOI: 4028/MSF.914.37.

22. Анциферов В.Н., Серов М.М. Получение закалкой из расплава волокон и материалов. LAP LAMBERT Acad. Publ., 2014.