Obrabotka Metallov 2014 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (64) 2014 22 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ [6–10]. В сравнении с горячим прессованием и горячей экструзией при искровом плазменном спекании пребывание материала в высокотем- пературном состоянии резко сокращается [7, 8, 11]. Благодаря этому удается сохранить исход- ную мелкозернистую структуру, что способству- ет повышению комплекса механических свойств спеченного материала [5, 8]. Более подробно особенности процесса SPS были рассмотрены в работе [9]. В отмеченной работе были опреде- лены также оптимальные режимы спекания по- рошка ПН85Ю15 (основная фаза Ni 3 Al). В последние годы возрастает интерес к изу- чению свойств материалов, получаемых путем совмещения процессов механической активации порошковых смесей и их последующего искро- вого плазменного спекания [12–17]. Цель данной работы заключается в изучении структуры и ме- ханических свойств объемных компактов из ин- терметаллида Ni 3 Al, полученных по различным схемам, основанным на комбинации процессов предварительной механоактивации исходных порошков никеля и алюминия, самораспро- страняющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и искрового плазменного спекания. Материалы и методы исследования В качестве исходных материалов использова- ли порошки карбонильного никеля марки ПНК- 1Л5 (99,85 % Ni) и алюминия марки ПА-4 (98 % Al) со средним размером частиц 10 мкм и 60 мкм соответственно. Порошки были взяты в соотно- шении, обеспечивающем получение соединения Ni 75 Al 25 (ат. %). Предварительную активацию реакционных смесей состава проводили в пла- нетарной шаровой мельнице АГО-2 с водяным охлаждением в атмосфере аргона. Центробеж- ное ускорение шаров составляло 40 g. Объем каждого из двух барабанов мельницы составлял 160 см 3 , диаметр мелющих шаров – 8 мм, масса шаров – 200 г. Масса засыпаемой порошковой смеси была равна 10 г. Процесс самораспространяющегося высоко- температурного синтеза осуществляли в про- точном реакторе объемом 6 л. Относительная плотность образцов составляла 0,3...0,4. Перед инициированием СВС реактор с образцом про- дували аргоном. Во время СВС и до полного остывания продуктов горения в реактор посто- янно подавали аргон со скоростью 9,5 л/мин. Инициирование горения осуществляли нихро- мовой спиралью, нагреваемой электрическим током. Искровое плазменное спекание образцов проводили на установке Labox-1575. Порошко- вую смесь засыпали в графитовую пресс-форму с внутренним диаметром 30 мм. Пресс-форму помещали в вакуумную камеру установки. На- грев порошковой смеси осуществляли со скоро- стью 100 °С/мин. Давление прессования состав- ляло 40 МПа, температура спекания – 1100 °С, время выдержки – 5 мин. Плотность компактов рассчитывали, определяя их массу и линейные размеры. Обработку материалов проводили при реали- зации трех технологических маршрутов. Маршрут № 1: механоактивация порошковой смеси Ni + 13,29 % (масс.) Al в течение 3 мин с последующим самораспространяющимся вы- сокотемпературным синтезом и искровым плаз- менным спеканием. Маршрут № 2: механоактивация порошковой смеси Ni + 13,29 %Al в течение 3 мин с последу- ющим искровым плазменным спеканием. Маршрут № 3: операции, выполненные по маршруту № 1 с дополнительной двухминутной механоактивацией полученного материала. Структуру исследуемых материалов изучали с использованием методов оптической микро- скопии, растровой и просвечивающей электрон- ной микроскопии. Металлографические иссле- дования выполняли на оптическом микроскопе Carl Zeiss Axio Observer Z1m с использованием режимов светлого и темного поля. Электронно- микроскопические исследования выполняли на приборах Carl Zeiss EVO 50 XVP и FEI Tecnai G2 20 TWIN. Для определения фазового состава исходных порошков и спеченных образцов ис- пользовали рентгеновский дифрактометр ARL X`TRA. Источником рентгеновского излучения являлась медная трубка. Дифракционные карти- ны регистрировали с шагом Δ2θ и временем на- копления 10 с на одну точку. Микротвердость спеченных материалов оце- нивали на приборе Wolpert Group 402MVD. На- грузка на алмазный индентор составляла 0,49 Н. Для определения среднего значения твердости на один образец наносили не менее 15 отпечатков. В качестве основных показателей прочност- ных свойств материалов использовали значения предела прочности при изгибе и растяжении. Образцы прямоугольной формы с размерами 3×4×20 мм для испытаний на трехточечный из-