Структура и свойства интерметаллидного титаноалюминиевого композита после закалки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 791:621. 771
Л. М. Гуревич — канд. техн. наук, Ю. П. Трыков — д-р техн. наук,
В. Н. Арисова — канд. техн. наук, В. В. Метелкин — асп., С. Ю. Качур — студ.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО ТИТАНОАЛЮМИНИЕВОГО
КОМПОЗИТА ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ
Волгоградский государственный технический университет (e-mail: mv@vstu. ru)
Показано, что закалка от температур 460- 630оС, приводит к повышению твердости интерметаллидных слоев в ти-тано-алюминиевых композитах, полученных как в процессе твердофазной диффузии, так и при взаимодействии расплава алюминия с титаном. Установлено, что увеличение твердости связано с перераспределением соотношения объемных долей интерметаллидов TiAl и Ti3Al без изменения их параметров кристаллической решетки.
It is shown, that training from temperatures 460−630оС, leads to increase of hardness of intermetallic layers in the titano-aluminium composites received both in process solid phase of diffusion, and at interaction of the fused aluminium with the titan. It is established, that the hardness increase is connected with redistribution of a parity of volume fractions of TiAl and Ti3Al without change of their parametres of a crystal lattice.
Ключевые слова: композит, сварка взрывом, интерметаллид, закалка, микротвердость, рентгеноструктурный анализ.
Одним из перспективных направлений современного материаловедения является совершенствование технологий получения слоистых интерметаллидных композитов (СИК). Оптимизация конструкция СИК из металлических и интерметаллидных слоев позволяет реализовать в этом классе материалов уникальные теплофизические и механические свойства, особенно при повышенных температурах. Ранее проводимые исследования [1, 2] показали, что закалка интерметаллидных композитов в ряде случаев позволяет повысить твердость и прочность диффузионных слоев. I Целью настоящей работы являлась проверка возможности повышения механических свойств титаноалюминие-
вого интерметаллидного композита оптимизацией режимов термической обработки.
Исследованиям подвергались интерметал-лидные композиты, создаваемые как в процессе твердофазной диффузии, так и при взаимодействии расплава алюминия с титаном в композиционном материале титан ВТ1−0+алюминий АД1, полученном горячей прокаткой. Выбор технически чистых металлов (титана ВТ 1−0 и алюминия АД1) обусловлен желанием исключить влияние легирующих элементов на превращениях, происходящие при термической обработке. Металлографические исследования зоны соединения в двух- и трехслойных композитах, полученных горячей прокаткой, не вы-
АД1
?'-
I
-
'- Ж1−0
*200*0,5
б
200*0,5
Рис. 1. Структура композита после твердофазного отжига (а) и после взаимодействия расплава алюминия с титаном (б)
явили опасных видов структурной и механической неоднородности типа трещин и оплавов (рис. 1), а механические испытания показали, что прочность соединения на отрыв слоев достигала 90−110 МПа при разрушении по алюминию АД1.
Твердофазная диффузия в образцах титан ВТ1−0+алюминий АД1 (толщины слоев по 2 мм) при температуре 630 °C в течение 70 часов приводила к получению прослойки толщиной 130 мкм. Диффузионный слой, полученный при взаимодействии расплава алюминия с тита-
ном в композите ВТ 1−0-АД 1 (толщины слоев 2 и 0,5 мм) при 750 °C в течение 8 часов, состоял из алюминиевой матрицы с дисперсными частицами интерметаллидов. Для предотвращения растекания расплава алюминия и защиты от окисления образцы помещали в трехслойную обмазку из смеси жидкого стекла с тальком.
Исследование микроструктуры диффузионных слоев проводилось на материаловедческом агрегатном микроскопе & quot-01ушрш ВХ61& quot- при увеличениях *50 — *500 с фиксацией микроструктуры цифровой камерой БР12, после-
а
дующая обработка на ПЭВМ электронных изображений выполнялась с использованием пакета программ & quot-Апа1у818"-. Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3М под нагрузками 0,5 и 1,0 кН.
Рентгенографические исследования выполнили на установке & quot-ДРОН-3"- в Сика излучении. Общая съемка отожженных и закаленных структур проводилась в пределах 20−100° со скоростью вращения образца 1 градус в минуту, а прецизионная съемка выбранных линий
0,25 градуса в минуту. Фазы идентифицировали сравнением межплоскостных расстояний и интенсивностей полученных линий на рентгенограмме с данными картотеки А8ТМ для вероятных алюминидов титана. Для прецизионной съемки, позволяющей определить параметры кристаллических решеток, были выбраны линии Т1А1(202), Т1А13(202), Т13А1(101), не имеющие наложения линий других фаз.
Оптимальная температура закалки определялась методом пробных закалок в воде по изменению микротвердости интерметаллидного слоя. Для повышения достоверности полученных результатов и исключения погрешностей, связанных с наличием пористости и мелких зерен твердого раствора на основе алюминия, пробной закалке подвергались слоистые ин-терметаллидные композиционные материалы со сплошной интерметаллидной прослойкой толщиной 130 мкм, полученные твердофазной диффузией. Гистограмма изменения твердости интерметаллидной прослойки при различных температурах закалки показана на рис. 2. Закалка от температур ниже 460 °C не изменяла твердость интерметаллидных слоев, а дальнейший рост температуры закалки сопровождался увеличением твердости. Максимальные значения микротвердости интерметаллидов были
ПГТП I I I I 111 111 111
получены при температуре закалки 610 °C. Закалку интерметаллидного композита, полученного при взаимодействии расплава алюминия с титаном, проводили, используя полученную в процессе исследований температуру закалки 610 °C, приводящую к максимальному повышению микротвердости интерметаллида. Как видно из рис. 3, твердость диффузионного слоя с дисперсными интерметаллидами после закалки повышалась в среднем на 1,5 ГПа по сравнению с исходным. Уменьшение микротвердости на расстоянии более 350 мкм от границы соединения объясняется ростом объемной доли твердого раствора на основе алюминия в диффузионном слое (рис. 1, б).
а
С 6
А
с. 4
«
в
С.
? 2
0
1 1 і! 1
¦ 1
¦ ¦ Х1 V2
-

Рис. 2. Зависимость микротвердости интерметаллидной прослойки в полученном твердофазной диффузией титаноалюминиевом композите от температуры закалки:
1 — исходный, 2 — 460 °C, 5 — 490 °C, 4 — 520 °C, 5 — 550 °C,
6 — 580 °C, 7 — 610 °С- 8 — 630 °С
0 100 200 300 400 500 600
РіІССТОЯННС ОТ границы соединения, мкм
Рис. 3. Распределение микротвердости в диффузионном слое:
1 — после отжига 750 & quot-С, 8 часов — 2 — после закалки от 610 & quot-С в воде
Анализ известных диаграмм состояний алюминий-титан [3−5], одна из которых показана на рис. 4, не выявил превращений в интервале температур ниже 665 & quot-С, которые могли бы объяснить наблюдаемое после закалки повышение твердости интерметаллидной прослойки. Для уточнения возможных механизмов упрочнения проводился рентгенофазовый анализ прослоек после отжига и после закалки.
На дифрактограммах интерметаллидного слоя до и после закалки (рис. 5) выявлялся один и тот же набор характеристических линий, позволяющий надежно идентифицировать три алюминида титана (Ti3A1, TiA1 и TiA13), а также твердый раствор на основе алюминия.
Расчеты параметров кристаллических решеток по данным прецизионных съемок линий TiA1(202), TiA13(202), Ti3A1(101) идентифицированных интерметаллидов показали, что изменения межплоскостных расстояний и, следовательно, химического состава после закалки практически не происходит (см. таблицу). На-
Рис. 4. Диаграмма состояния сплавов системы титан-алюминий [5]
Рис. 5. Дифрактограммы интерметаллидных слоев, полученных при взаимодействии расплава алюминия с титаном
до и после закалки от 610 °С
Параметры кристаллической решетки интерметаллидов
После отжига 750 °С
ТІА1 (202) ТіАІз (202) ТІ3АІ (101)
ІЇисЬ нмотн Лнкь нмотн ^кЬ нм ^отн
0,1417 0,16 0,2265 1 0,3459 0,2
После закалки 610оС в воде
0,1414 0,2 0,2261 1 0,3442 0,13
блюдается лишь перераспределение относительной интенсивности линий, свидетельствующее о увеличении после закалки объемной доли Т1А13.
Таким образом, методами рентгеноструктурного анализа доказано, что повышение микротвердости диффузионного слоя после закалки связано не с возникновением новых интер-металлидных фаз или изменением параметров их кристаллической решетки, а с увеличением в нем объемной доли интерметаллида Т1А13 и уменьшением содержания Т1А1 и Т13А1.
Выводы
1. Показано, что закалка от температур 460 630 °C, приводит к повышению твердости ин-терметаллидных слоев в титаноалюминиевых композитах, полученных как в процессе твердофазной диффузии, так и при взаимодействии расплава алюминия с титаном.
2. Методами рентгеноструктурного анализа доказано, что увеличение твердости связано с перераспределением соотношения объемных долей интерметаллидов Т1А1 и Т13А1 без изменения их параметров кристаллической решетки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трыков, Ю. П. О взаимодействии компонентов в титаностальном композите / Ю. П. Трыков, В. Н. Арисова, О. В. Слаутин, В. Г. Шморгун // Перспективные материалы, 2004. — № 6. — С. 43−47.
2. Трыков, Ю. П. Многослойные титаностальные ин-терметаллидные композиты с повышенными жаропрочными свойствами / Ю. П. Трыков, О. В. Слаутин, С. А. Абраменко // Черная металлургия. — 2006. — № 9. — С. 67−68.
3. Хансен, М. К. Структура двойных сплавов. В 2 т. / М. Хансен, К. Андерко. — М.: Металлургиздат, 1962. -1188 с.
4. Гринберг, Б. А. Интерметаллиды № 3А1 и Т1зА1: микроструктура и деформационное поведение / Б. А. Гринберг, М. А. Иванов. — Екатеринбург: УРО РАН, 2002. — 360 с.
5. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник. В 3 т. / под общ. ред. Н. П. Лякишева. -М.: Машиностроение, 1996. — 992 с.: ил.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой