|
In this paper, we present experimental data on synthesis and investigation of the
mechanical properties of bulk nickel and bulk "nickel - 8 mol.% Y2O3-92 mol.%
ZrO2" nanocomposite with a nickel matrix containing crystalline ceramic nanoparticles. In
terms of wt.%, this nanocomposite (hereinafter called Ni-YSZ nanocomposite) contains 1 wt.%
of ceramic nanoparticles. The Ni and Ni-YSZ nanocomposite specimens were fabricated by
powder metallurgy technique with successive annealing at 1250 °C. In tension and compression
tests, we revealed stress-strain dependences showing degradation of strength and ductility
exhibited by Ni-YSZ nanocomposite, as compared to those of pure Ni fabricated in the same
conditions. The fatigue tests of the specimens were performed in the symmetric tensioncompression
regime based on 107
cycles. The fatigue limits were identified. The specimen
fabricated from pure Ni powder showed the fatigue limit of 110 MPa, whereas Ni-YSZ
composite exhibited the fatigue limit of 50 MPa. Thus, the insertion of ceramic nanoparticles
into Ni matrix gives rise to more than two times decrease of the fatigue limit, as compared to
pure Ni. The fractography of fatigue fracture surfaces was examined by scanning electron
microscopy. In both materials tested, three stages of the fatigue crack distribution are observed
which are the crack initiation, stable crack growth and unstable crack growth stages. Both
materials contain the significant amounts of pores, and pore merging is observed at the unstable
crack growth stage.
Keywords: nickel; nanocomposite "Ni-YSZ"; tension; compression; fatigue. |
full paper (pdf, 2192 Kb)
|
В работе методом порошковой металлургии с последующим спеканием при
1250 °С синтезированы образцы объемного нанокомпозита "никель-кристаллические
наночастицы состава 8 мол.% Y2O3-92 мол.% ZrO2" (содержание наночастиц керамики 1
вес.%, далее по тексту Ni-YSZ). В испытаниях на растяжение и сжатие были получены
зависимости "напряжение-деформация", в соответствии с которыми для композита NiYSZ
наблюдается значительное снижение прочности и пластичности по сравнению с
образцами из чистого Ni. Также, для этих материалов проведены усталостные испытания
образцов в режиме симметричного растяжения-сжатия на базе 107 циклов и определены
пределы усталости. Для чистого Ni предел усталости составляет 110 МПа, а для
композита Ni-YSZ - 50 МПа. Добавка наночастиц керамического порошка снижает
предел усталости более чем в два раза. Методом сканирующей электронной
микроскопии изучена микроструктура поверхностей излома. В обоих исследованных
материалах наблюдаются три стадии распространения усталостной трещины
(зарождение усталостной трещины, ее рост и область долома). В обоих материалах
присутствует большое количество пор, причем на этапе долома наблюдается их слияние.
Ключевые слова: никель; нанокомпозит "Ni-YSZ"; растяжение; сжатие; усталостная нагрузка |
full paper (pdf, 2192 Kb)