Исследование структуры и фазового состава СКМ системы Cu-Al-Ti после термической обработки

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 669. 716:621. 785
В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, Д. А. Евстропов, Р. Е. Новиков, А. С. Маслова
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА СКМ СИСТЕМЫ ПОСЛЕ
ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ*
Волгоградский государственный технический университет
e-mail: mv@vstu. ru
В работе исследованы структура и фазовый состав зон взаимодействия в слоистом композите состава Cu-Al-Ti после термической обработки.
Ключевые слова: слоистый композит, интерметаллид, сварка взрывом, термообработка.
We investigated the microstructure and phase composition zones of interaction of the layered composite Cu-Al-Ti after heat treatment.
Keywords: layered composite, intermetallic, explosion welding, heat treatment.
Введение
Система Cu-Al-Ti имеет большое количество фаз с сильно различающимися физико -механическими свойствами, что обуславливает возможность ее применения в энергетических установках, криогенном и теплообмен-ном оборудовании в качестве износостойких покрытий [1, 2]. Возможность получения износостойких покрытий особенно актуальна для медных изделий, ибо медь, наряду с высокой электро- и теплопроводностью, обладает склонностью к износу.
Анализ литературных данных, приведенный в работе [2], показал, что исследования данной системы ограничивались определением возможных фаз, а изучение кинетики диффузионных процессов в условиях контактного плавления не проводилось. Целью данной работы является исследование структуры и фазового состава зоны взаимодействия в СКМ системы Cu-Al-Ti после термообработки (ТО).
Материалы и методы исследования
Исследования проводили на трехслойном слоистом композиционном материале (СКМ) состава М1+АД1+ВТ1−0 (2+2+2 мм), который был получен путем сварки взрывом (СВ) пластины М1 и биметалла АД1+ВТ1−0, предварительно изготовленного горячей прокаткой. Металлографические исследования образцов проводили на модульном оптическом микроскопе Olympus BX-61 с фиксацией микроструктур с помощью цифровой камеры микроскопа DP12, измерения микротвердости — на микротвердомере ПМТ-3 методом восстановленного
* Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14−19−418)
отпечатка при нагрузке 50 и 100 г. Термическая обработка проводилась в печи SNOL 8. 2/1100. Исследования химического состава диффузионной зоны выполняли на сканирующем электронном микроскопе Versa 3D Dual Beam.
Полученные результаты и их обсуждение Металлографические исследования показали, что после сварки взрывом на межслойной границе АД1-М1 образовывались участки оплавленного металла, а сама граница соединения имела практически безволновой профиль с оплавами вдоль всей границы соединения (рис. 1). Измерения микротвердости показали, что при сварке взрывом в металлах формируется зона максимального упрочнения, в которой твердость меди и алюминия достигает 1,5 и 0,6 ГПа, а твердость слоев, удаленных от границы соединения, находится на уровне 1,2 и 0,4 ГПа соответственно. Твердость оплава ва-эьируется от 5 до 8 ГПа.
I Му. ММ
I,.
4 В
¦
мшШ
Си AI
Рис. 1. Микроструктура зоны соединения СКМ Cu-Al-Ti после СВ (х200)
Рис. 2. Изменение диффузионной зоны на границе Cu-Al (*200) после отжига при 530 °C в течение:
а — 1 ч- б -5 ч- в — 10 ч- г — 24 ч
Рис. 3. Микроструктура зоны взаимодействия после
670 °C в течен
При Т О (530 оС), формирующаяся на границе меди и алюминия диффузионная прослойка, на первом этапе повторяет контур оплава, а затем, по мере увеличения времени термообработки, полностью его поглощает (рис. 2). При малых временах выдержки образуются две прослойки твердостью 7−10 ГПа со стороны Си и 8 ГПа со стороны А1 (состав прослоек: со стороны меди — СизЛ12, со стороны алюминия -СиА1), что соответствует данным, полученным в работах [3, 4]. Вместо слоя алюминия, за счет реактивной диффузии, образуется твердый
отжига при: 570 °C (а) и 600 °C (б) в течение 30 мин- ге 30 ч (в) (х50)
раствор переменной концентрации. С увеличением времени выдержки происходит рост толщины прослоек, а также повышение микротвердости алюминиевого слоя с 0,4 ГПа (1 ч выдержки) до 1 ГПа (24 ч). Диффузионных прослоек на границе алюминия и титана не обнаружено.
Нагревы выше температуры эвтектического превращения (548 °С) приводят к образованию пор и трещин, из-за усадки алюминия (рис. 3).
Для снижения усадки алюминия СКМ был
прокатан при 300 °C. Толщина СКМ (М1+АД1+ВТ1−0) после прокатки составила 1,8, 0,5 и 2 мм соответственно.
Для ускорения диффузионных процессов термообработку проводили при температурах 700−900 °С с временами выдержки от 15 мин до 3 ч, обеспечивающими контактное плавление (КП).
При температуре 700 °C (рис. 4) и выдержке 15 мин со стороны меди образуются две прослойки I — Л1Си3 и II — А12Си3. В ходе КП на границе областей II и III образуются частицы Л1Си (IV), которые в дальнейшем распределяются по твердому раствору III.
Повышение температуры до 750 °C (рис. 5) приводит к росту прослоек, как со стороны меди, так и со стороны титана. Рядом со слоем А12Си3 со стороны меди появляется прослойка Л1Си2 (II). Со стороны титана наблюдается тонкая прослойка (& lt-10 мкм) Т1Л13, от которой отрываются небольшие частицы IV, распределяющиеся в прослойке А12Си3 (III).
Дальнейшее повышение температуры до 800 °C (рис. 6) приводит к росту прослоек примыкающих к меди (Л1Си3) и титану (Т1Л13).
При этом прослойка А12Си3 полностью переходит в Л1Си2.
При 900 °C происходит значительное изменение структуры со стороны меди (рис. 7). На границе с медью наблюдается тонкая прослойка твердого раствора алюминия в меди, с содержанием Л1 ~ 14%. Фаза Л1Си3 продвигается в направлении титана и частично растворяет фазу Л1Си2 (область II). Так как в прослойке III титан не обнаружен, то можно сделать вывод, что последний взаимодействует только с алюминием до тех пор, пока медь не продиффундировала до титана. Состав прослойки IV Си — 22%, Л1 — 53%, Т -25% (погрешность & lt- 5%).
При выдержке в течение 3 ч (рис. 8) со стороны меди образуется широкая прослойка твердого раствора алюминия в меди (I), с содержанием Л1 ~ 15%. Область II представляет собой смесь твердого раствора алюминия в меди и фазы Л1Си3. Прослойка со стороны титана (IV) значительно легируется медью и по составу соответствует фазе Си2Т1Л1. На границе с титаном образуется тонкая прослойка (& lt-10 мкм) интерметаллида Си2Т1.
Н, ГПа
I II III IV а
Рис. 4. Микроструктура зоны взаимодействия после ТО 700 °C, 15 мин (хЮО)
Н", ГПа
Рис. 5. Микроструктура зоны взаимодействия после ТО 750 °C, 15 мин (хЮО)
Рис. 6. Микроструктура зоны взаимодействия после ТО 800 °C, 15 мин (хЮО)
Рис. 7. Микроструктура зоны взаимодействия после ТО 900 °C, 15 мин (хЮО)
Рис. 8. Микроструктура зоны взаимодействия после ТО 900 °C, 3 ч (х 100)
Вывод
В исследованном температурно — временном диапазоне термообработки композита М1+АД1+ВТ1−0 диффузионное взаимодействие происходит преимущественно между медью и алюминием. При температурах ниже образования эвтектики взаимодействие алюминия с титаном не происходит, а выше — наблюдается только на начальных этапах. При увеличении времени выдержки медь диффундирует в титан, а на границе с титаном наблюдается большое количество пор и трещин, образовывающихся за счет усадки алюминия. Увеличение времени или температуры отжига приводит к снижению твердости диффузионной зоны.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / ред. С. В. Шухардина. — Москва: Наука, 1979. — 248 с.
2. Rainer Schmid-Fetzer Aluminium-Copper-Titanium / Rainer Schmid-Fetzer // Landolt-Bornstein New Series IV. — Vol. 11A2. — MSIT. — 2005. — P. 152−173
3. Трыков, Ю. П. Свойства слоистых интерметал-лидных композитов системы Cu-Al, полученных по комплексной технологии / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, С. А. Абраменко // Изв. вуз. Цветная металлургия, 2004. — № 5. — С. 51 — 55.
4. Трыков, Ю. П. Структура и механические свойства слоистых интерметаллидных композитов систем Cu — Al и Ti — Fe / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, В. Н. Арисова, С. А. Абраменко // Вопросы материаловедения, 2007. — № 1. — С. 49 — 56.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой