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Mechanical properties of Ni3Al containing C, B and Be

1988; University of Toronto Press; Volume: 36; Issue: 7 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(88)90251-9

1878-0768

Naoya Masahashi, Takayuki Takasugi, Osamu Izumi,

Advanced Materials Characterization Techniques

The mechanical properties of the flow strength, ductility and fracturing in the Ni3Al polycrystals containing C, B and Be were extensively investigated by tension and compression tests. The strengthening by the dopant was very significant at ambient temperatures as well as at temperatures showing the anomalous temperature dependence of the yield stress while was almost negligible at temperatures above the peak for every ternary alloy. The activation energy for the thermal stress term producing the anomalous positive temperature dependence was, by the addition of every dopant, enhanced in the just-stoichiometric (25 at.%Al) alloys while reduced in the off-stoichiometric (24 at.%Al) alloys. The yield stress at 77 K implying the athermal term (solid solution strengthening) increased linearly with increasing concentration of each ternary atom, the slope of which was very remarkable for the addition of C and B atoms. The evaluation in the correlation between the increment of the yield stress ΔσyΔC and the increment of lattice strain ΔϵΔC, per atom portion of the ternary addition indicated that the solid solution strengthening by C, B and Be atoms in Ni3Al alloy was not fully expained only by the size effect in the elastic interaction between solute atoms and dislocations. The ductilization was found for the addition of B and Be atoms but not for the addition of C atom, and then disappeared above 1000 K for the addition of B atom and above 800 K for the addition of Be atoms. These ductilization behavior was discussed in terms of the species and concentration of the dopant, alloys stoichiometry and test environment. Les propriétés mécaniques (résistance mécanique, ductilité et rupture) de polycristaux de Ni3Al contenant C, B et Be ont été étudiées en détail à l'aide d'essais de traction et de compression. Pour chaque alliage ternaire, le durcissement par dopage est très marqué à la température ambiante tout comme aux températures qui montrent la dépendance anormale de la limite élastique vis à vis de la température, alors qu'il est presque négligeable pour les températures supérieures à celle du pic. Lorsqu'on ajoute chaque dopant, l'énergie d'activation du terme de contrainte thermique, qui provoque l'effet anormal de température, augmente pour les alliages stoechiométriques (25% en atomes d'aluminium) alors qu'elle diminue pour des alliages non-stoechiométriques (24% en atomes d'aluminium). La limite élastique à 77 K impliquant le terme athermique (durcissement par solution solide) croît linéairement lorsqu'on augmente la concentration de chaque atome ternaire; la pente de la courbe est particulièrement prononcée quand on ajoute les atomes C ou B. L'évaluation de la corrélation entre l'augmentation de la limite élastique ΔσyΔC et l'augmentation de déformation du réseau ΔϵΔC par portion atomique de l'addition ternaire montre que le durcissement par solution solide dû aux atomes C, B et Be dans l'alliage Ni3Al n'est pas complètement expliqué par le seul effet de taille dans l'interaction élastique entre atomes solutés et dislocations. La ductilité est améliorée quand on ajoute les atomes B et Be, mais pas quand on ajoute l'atome C; elle disparaît au-dessus de 1000 K dans le cas de B, et au-dessus de 800 K dans le cas de Be. Nous discutons cette amélioration de la ductilité en fonction de la nature et de la concentration de départ, de la stoechiométrie des alliages et de la nature de l'environnement pendant l'essai. Die mechanischen Eigenschaften, Flieβfestigkeit, Duktilität und Bruchvorgang, wurden an Ni Al-Polykristallen, die C, B und Be enthielten, ausführlich mit Zug- und Druckversuchen studiert. Die Härtung durch die Dotierung war bei Raumtemperatur sehr ausgeprägt, auch bei Temperaturen, bei denen die anomale Temperaturabhängigkeit der Flieβspannung vorlag; sie war vernachlässigber bei Temperaturen oberhalb des Maximums für jede tenure Legierung. Die Aktivierungsenergie des thermischen Spannungsterms, der die anomale positive Temperaturabhängigkeit erzeugt, war nach Zugabe eines der Dotierstoffe in den stöchiometrischen Legierungen (25 At.-% Al) verstärkt, in den nicht-stöchiometrischen (24%Al) reduziert. Die Flieβspannung bei 77 K, die den athermischen Term umfaβt (Mischkristallhärtung), nahm linear mit der Konzentration eines jeden der ternären Stoffe zu; die Steigung war sehr beträchtlich bei den C- und B-Zugaben. Die Korrelation zwischen der Zunahme der Flieβspannung ΔσyΔC und der Gitterverzerrung ΔϵΔC, beid bezogen auf das Atom der ternären Zugabe, wurde ausgewertet; es zeigt sich, daβ die Mischkristallhärtung durch C, B und in Ni Al-Legierungen auf der Grundlage nur des Gröβeneffektes in der elastischen Wechselwirkung zwischen Dotieratom und Versetzung nicht vollständig erklärt werden kann. Duktilisierung wurde bei Zugaben von B und Be gefunden, nicht jedoch bei C; sie verschwand bei b-Zugaben oberhalb 1000 K und bein Be-Zugaben oberhalb 800 K. Dieses Duktilisierungsverhalten wird anhand der chemischen Natur und der Konzentration der Dotierstoffe, der Stöchiometrie der Legierung und der Versuchsumgebung diskutiert.