Химический состав диффузионной зоны в титаностальном композите

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 791:621. 771
В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, Р. Е. Новиков
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДИФФУЗИОННОЙ ЗОНЫ В ТИТАНОСТАЛЬНОМ КОМПОЗИТЕ*
Волгоградский государственный технический университет
e-mail: mv@vstu. ru
Установлен химический состав структурных составляющих, входящих в состав диффузионной зоны, сформированной в трехслойном титаностальном композите после его изотермического отжига. Ключевые слова: слоистый композит, интерметаллид, сварка взрывом, термообработка.
Investigated the chemical composition of the structural components that are part of the diffusion zone is formed at three-layer titanium-steel composite after isothermal annealing.
Keywords: layered composite, intermetallic, explosion welding, heat treatment, structure, phase composition.
© Шморгун В. Г., Слаутин О. В., Новиков Р. Е., 2015
* Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14−19−418)
Композиционные материалы системы титан-железо широко применяются в химической, нефтеперерабатывающей и атомной промышленности [1]. Наиболее качественные соединения получают с помощью сварки взрывом. В сваренных на оптимальных режимах титано-стальных соединениях отсутствуют хрупкие фазы и реализуется равнопрочность основному металлу [2].
Тем не менее, даже в том случае если сварное соединение качественное, в процессе последующих технологических или эксплуатационных нагревов (выше 600 °С) оно может потерять работоспособность в результате образования на границе раздела металлов диффузионной зоны (ДЗ). После нагревов при 700−1000 °С прочность соединений Ti со сталями практически падает до нуля вследствие возникновения в этой зоне микротрещин и нарушения когерентного соответствия между кристаллическими решетками матрицы исходных фаз и фаз, входящих в состав ДЗ [3].
В работе [4] при исследовании микроструктуры титаностальных соединений состава титан ВТ1−0+сталь 08кп установлено, что в процессе их нагрева до температур выше 800 °C образуется многослойная ДЗ. После термообработки при 1000 °C в течение 10 ч она состоит из пяти слоев. Качественный фазовый рентгенострук-турный анализ показал следующее. На границе раздела образуется прослойка белого цвета, состоящая из интерметаллидов Fe2Ti и Fe Ti твердостью 4,3−4,5 ГПа. Со стороны стали к ней примыкает тонкая прослойка TiC. Со стороны титана — игольчатая a+a'--Ti структура, твердость которой уменьшается с удалением от границы раздела с 3,4 до 3,2 ГПа. В стальном слое образуется твердый раствор титана в a-Fe твердостью 2,2−2,4 ГПа. Далее зафиксирован обезуглероженный слой с зернами, вытянутыми в направлении, перпендикулярном границе соединения.
Целью данной работы являлось определение химического состава структурных составляющих, входящих в состав ДЗ.
Материалы и методы исследования
Исследование выполняли на образцах сваренного взрывом трехслойного композита сталь 08кп + титан ВТ1−0+ сталь 08кп после его изотермического отжига в вакууме по режиму (1000 °С, 10 ч), обеспечивающему «сквозную» диффузию в титановом слое и получение ме-
таллоинтерметаллидного композита. Исходные толщины слоев титана и стали составляли 0,8−1 мм. Распределение химических элементов по толщине ДЗ получено на сканирующем электронном микроскопе Versa 3D Dual Beam.
Результаты и их обсуждение
Анализ распределения химических элементов в поперечном сечении ДЗ позволил установить следующее (рис. 1) В стальном слое содержится ~ 5% Ti и 95% Fe. Далее располагаются три однофазных прослойки различной толщины. Первая с содержанием ~ 75−67% Fe и 25−33% Ti по своему стехиометрическому составу соответствует интерметаллиду TiFe2. Вторая с содержанием ~ 50% Fe и 50% Ti соответствует интерметаллиду TiFe, третья прослойка, толщина которой равна сумме двух предыдущих, состава ~ 25% Fe и 75% Ti может быть идентифицирована как интерметал-лид Ti (23)Fe, существование которого рядом авторов считается возможным, но экспериментально не доказанным [5, 6].
u& gt- I & quot-V^Avflv-J-ywMwt
io ^j^^J
50 100 1I0 300 235 300
(игг.)
б
Рис. 1. СЭМ изображение участка ДЗ (а) и кривые распределения химических элементов (б)
В центральной части ДЗ наблюдаются периодически повторяющиеся (с шагом 220−240 мкм)
клиновидные «стоки диффузии» толщиной 10- промежутков между клиновидными образо-
20 мкм, ориентированные по нормали к гра- ваниями предположительно представляет из се-
нице соединения (рис. 2), химический состав бя Р-Т1 твердый раствор и продукты его рас-
которых (~ 25% Бе и 75% Т1) соответствует пада с химическим составом 20−37% Бе и 63-
интерметаллиду Т1(23)Бе (рис. 3). Структура 80% Т (рис. 4).
Рис. 2. Центральная часть ДЗ с клиновидными образованиями

1 М 150
Di = HUEi (UiT. y
в г
Рис. 3. СЭМ изображение центральной части ДЗ (а), клиновидного образования (б) и соответствующие кривые распределения химических элементов (в, г)

& gt- ]
Рис. 4. Результаты точечного рентгеновского энерго дисперсионного микроанализа центральной части ДЗ: 1-~ 37% Бе и 63% И- 2 — ~ 24% Бе и 76% И- 5 — ~ 20% Бе и 80% И
Вывод
Изотермический отжиг в вакууме по режиму (1000°С, 10 ч) трехслойного композита сталь 08кп + титан ВТ1−0+ сталь 08кп приводит к формированию многослойной ДЗ, состоящей из прилегающих к стальному слою трех однофазных прослоек, химический состав которых со-ответствует интерметаллидам Т1Бе2, Т1Бе и Т1(23)Бе, и прослойки, структурные составляю-
щие которой (структурно свободные интер-металлиды Ti (2 3) Fe, P-Ti твердый раствор и продукты его распада) имеют различный химический состав.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трыков, Ю. П. Титаностальные композиты и соединения: монография / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич, В. Г. Шмор-гун — ВолгГТУ. -- Волгоград, 2013. — 344 с.
2. О взаимодействии компонентов в титаностальном композите / Ю. П. Трыков, В. Н. Арисова, О. В. Слаутин,
B. Г. Шморгун // Перспективные материалы. — 2004. — № 6. -
C. 43−47.
3. Структура и свойства слоистых интерметаллидных композиционных материалов системы титан-железо / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, Д. В. Про-ничев // Конструкции из композиционных материалов. -2004. — № 1. — С. 48−53.
4. Шморгун, В. Г. Формирование диффузионной прослойки в титано-стальном композите / В. Г. Шморгун, Ю. П. Трыков, Д. Ю. Донцов, О. В. Слаутин, В. Н. Арисова // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2008. -№ 6. — С. 39−42.
5. Dmitri V. Louzguine, Hidemi Kato, Akihisa Inoue. High strength and ductile binary Ti-Fe composite alloy // Journal of Alloys and Compounds 384 (2004) L1-L3
6. M. Ghosh, K. Bhanumurthy, G.B. Kale, J. Krishnan, S. Chatterjee. Diffusion bouding of titanium to 304 staineless steel // Journal of Nuclear Materials 322 (2003) pp. 235−241.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой