Измерение упругих характеристик монокристаллов никелевого жаропрочного сплава методом спекл-интерферометрии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом спекл-интерферометрии исследованы упругие свойства монокристаллов никелевого жаропрочного сплава ВЖМ7. Образцы в виде пластин различной кристаллографической ориентации нагружали в условиях чистого сдвига и регистрировали спекл-интерференционные картины. Численная обработка интерференционных картин позволила определить величины модуля Юнга в направлениях [001] и [011], E001 = 138 ГПа и E011 = 241 ГПа, базовую величину коэффициента Пуассона ν0 = 0.39 в системе координат ⟨001⟩, а также минимальные и максимальные его значения νmin= –0.10 и = 0.69 при продольном нагружении вдоль [101] и поперечной деформации вдоль [101¯] и [010] соответственно. С использованием измеренных величин E001, E011, ν0, νmin и νmax рассчитаны упругие жесткости монокристаллов C11 = 264 ГПа, C12 = 166 ГПа и C44 = 133 ГПа и их упругие податливости S11 = 7.35 ТПа-1, S12 = –2.84 ТПа-1 и S44 = 7.52 ТПа-1. Использованный метод позволяет однозначно определить знак коэффициента Пуассона, и поэтому его следует рекомендовать для изучения упругих свойств материалов-ауксетиков, для которых определение знака коэффициента Пуассона имеет принципиальное значение.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Епишин

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.epishin2021@gmail.com
Россия, Черноголовка

И. Н. Одинцев

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: a.epishin2021@gmail.com
Россия, Москва

Д. С. Лисовенко

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: lisovenk@ipmnet.ru
Россия, Москва

Н. В. Петрушин

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: a.epishin2021@gmail.com
Россия, Москва

И. Л. Светлов

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: a.epishin2021@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Köster W., Franz H. Poisson’s ratio for metals and alloys // Metallurgical Reviews. 1961. V. 6. № 21. P. 1–55. https://doi.org/10.1179/mtlr.1961.6.1.1
  2. Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Влияние кристаллической структуры и типа межатомной связи на упругие свойства одноатомных и двухатомных кубических кристаллов // Изв. РАН. МТТ. 2022. № 6. С. 79–96. https://doi.org/10.3103/S0025654422060206
  3. Evans K., Nkansah M., Hutchinson I., Rogers S.C. Molecular network design // Nature. 1991. V. 353. № 6340. P. 124–125. https://doi.org/10.1038/353124a0
  4. Городцов В.А., Лисовенко Д.С. Ауксетики среди материалов с кубической анизотропией // Изв. РАН. МТТ. 2020. № 4. С. 7–24. https://doi.org/10.31857/S0572329920040054
  5. Гольдштейн Р.В., Городцов В.А., Лисовенко Д.С., Волков М.А. Отрицательный коэффициент Пуассона для кубических кристаллов и нано/микротрубок // Физ. Мезомех. 2013. Т. 16. № 6. С. 13–31.
  6. Епишин А.И. Структура, анизотропия физико-механических свойств и механизмы высокотемпературной ползучести монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов: дисс. ... д.ф.-м.н. М: МИСиС, 2007.
  7. Епишин А.И., Лисовенко Д.С. Экстремальные значения коэффициента Пуассона кубических кристаллов // ЖТФ. 2016. Т. 86. № 10. С. 74–82.
  8. Wiederhorn S.M., Fields R.J. Measurement methods for materials properties: Elasticity, Handbook of Measurement Methods. Springer-Verlag, 2017.
  9. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Ч. 1 Малые деформации. М: Наука, 1984. 597 с.
  10. Светлов И.Л., Епишин А.И., Кривко А.И. и др. Анизотропия коэффициента Пуассона монокристаллов никелевого сплава // ДАН СССР. 1988. Т. 302. № 6. С. 1372-1375.
  11. Swain D., Thomas B.P., Selvan S.K., Philip J. Measurement of elastic properties of materials employing 3-D DIC in a Cornu’s experiment // Mater. Res. Express. 2021. V. 8. P. 125201. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac452d
  12. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Петрушин Н.В., Висик Е.М. Монокристаллический жаропрочный никелевый сплав нового поколения с низкой плотностью // АМиТ. 2015. № 2. С. 14–25.
  13. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В. Компьютерный метод конструирования литейных жаропрочных никелевых сплавов // Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С.Т. Кишкина. М.: Наука, 2006. С. 56−78.
  14. Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А., Нарский А.Р. Развитие технологий и оборудования для получения лопаток горячего тракта газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов с направленной и монокристаллической структурой // Труды ВИАМ. 2023. № 7 (125). Ст. 01.
  15. Müller L., Glatzel U., Feller-Kniepmeier M. Modelling thermal misfit stresses in nickel-base superalloys containing high volume fraction of γ′ phase // Acta Metall. Mater. 1992. V. 40. № 6. P. 1321–1327. https://doi.org/10.1016/0956-7151(92)90433-F
  16. Кузьмина Н.А., Пьянкова Л.А. Контроль кристаллографической ориентации монокристаллических отливок никелевых жаропрочных сплавов методом рентгеновской дифрактометрии // Труды ВИАМ. 2019. № 12 (84). С. 11–19.
  17. Шалин Р.Е., Светлов И.Л., Качанов Е.Б., Толораия В.Н., Гаврилин О.С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М: Машиностроение. 1997. 333 с.
  18. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 636 с.
  19. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 416 с.
  20. Разумовский И.А. Интерференционно-оптические методы механики деформируемого твердого тела. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 240 с.
  21. Одинцев И.Н. Развитие и применение методологии когерентной оптики к исследованию деформационных свойств конструкционных материалов. Автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 01.02.04. 2008. 24 С.
  22. Epishin A.I., Lisovenko D.S. Comparison of isothermal and adiabatic elasticity characteristics of the single crystal nickel-based superalloy CMSX-4 in the temperature range between room temperature and 1300 °C // Mech. Solids. 2023. V. 58. № 5. P. 1587–1598. https://doi.org/10.3103/S0025654423601301
  23. Alers G.A., Neighbours J.R., Sato H. Temperature dependent magnetic contributions to the high field elastic constants of nickel and an Fe-Ni alloy // J. Phys. Chem. Solids. 1960. V. 13. № 1–2. P. 40–55. https://doi.org/10.1016/0022-3697(60)90125-6
  24. Prikhodko S.V., Yang, H., Ardell, A.J. et al. Temperature and composition dependence of the elastic constants of Ni3Al // Metall. Mater. Trans. A. 1999. V. 30. P. 2403–2408. https://doi.org/10.1007/s11661-999-0248-9
  25. Светлов И.Л., Суханов Н.Н., Кривко А.И. и др. Температурно-ориентационная зависимость характеристик кратковременно прочности, модуля Юнга и коэффициента линейного расширения монокристаллов сплава ЖС6Ф // Проблемы прочности. 1987. № 1. С. 51–56.
  26. Соловьев А.Е., Голынец С.А., Хвацкий К.К. анизотропия характеристик упругости при растяжении монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов // Труды ВИАМ. 2017. № 10 (58). С. 112–118.
  27. Epishin A., Fedelich B., Finn M. et al. I. Investigation of elastic properties of the single-crystal nickel-base superalloy CMSX-4 in the temperature interval between room temperature and 1300 °C // Crystals 2021. V. 11. № 2. P. 152. https://doi.org/10.3390/cryst11020152
  28. Siebörger D., Knake H., Glatzel U. Temperature dependence of the elastic moduli of the nickel-base superalloy CMSX-4 and its isolated phases // Mater. Sci. Eng. A. 2001. V. 298. № 1–2 P. 26–33. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01318-6
  29. Kuhn H.-A., Sockel H. G. Contributions of the different phases of two nickel-base superalloys to the elastic behaviour in a wide temperature range // Phys. Stat. Sol. A. 1990. V. 119. P. 93–105. https://doi.org/10.1002/pssa.2211190112
  30. Demtröder K., Eggeler G., Schreuer J. Influence of microstructure on macroscopic elastic properties and thermal expansion of nickel-base superalloys ERBO/1 and LEK94 // Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2015. V. 46. № 6. P. 563–576. https://doi.org/10.1002/mawe.201500406
  31. Yang S.W. Elastic constants of a monocrystalline nickel-base superalloy // Metall. Trans. A. 1985. V. 16. P. 661–665. https://doi.org/10.1007/BF02814240

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема вырезки пластинчатых образцов из монокристаллов сплава ВЖМ7.

Скачать (10KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная схема для интерпретации испытания образцов.

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Конструкция (а) и общий вид (b) нагружающего устройства, пространственное положение образца до (c) и после (d) компенсации поворотов как целого.

Скачать (36KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спекл-интерференционные картины, зарегистрированные при чистом изгибе монокристаллических пластин сплава ВЖМ7 разных ориентаций, см. указанное направление осей x и z. Ниже качественно показан характер депланации пластин.

Скачать (69KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ориентационная зависимость упругих характеристик монокристаллов сплава ВЖМ7: модуль Юнга (a), минимальные (b) и максимальные (c) значения коэффициента Пуассона для произвольной ориентации оси нагружения z. Графики построены с использованием полученных упругих податливостей , значения в скобках – результаты измерений.

Скачать (130KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024