Фазовый состав диффузионной зоны, сформированной в присутствии жидкой фазы на межслойной границе медно-титанового композита

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, В. Н. Арисова, Д. А. Евстропов, А. А. Чешева, В. П. Кулевич
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ДИФФУЗИОННОЙ ЗОНЫ, СФОРМИРОВАННОЙ В ПРИСУТСТВИИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ НА МЕЖСЛОЙНОЙ ГРАНИЦЕ МЕДНО-ТИТАНОВОГО КОМПОЗИТА*
Волгоградский государственный технический университет e-mail: mv@vstu. ru
Исследованы структура и фазовый состав диффузионной зоны, сформированной в присутствии жидкой фазы на межслойной границе медно-титанового композита, полученного сваркой взрывом.
Ключевые слова: фазовый состав, интерметаллиды, контактное плавление.
Structure and phase composition of diffusion zone, formed in the presence of a liquid phase at the boundary of an interlayer of copper-titanium composite produced by explosion welding was investigated.
Keywords: phase composition, intermetallics, contact melting.
В работах [1−4] показано, что нагрев слоистых металлических композитов систем (№-А1, Т1-А1, Т1-Си и др.) выше температуры эвтектического превращения приводит к одновременному протеканию двух процессов — плавления и реактивной диффузии. В результате на границе раздела слоев формируется диффузионная зона, структура и фазовый состав которой контролируется температурно-временными условиями термообработки (ТО).
Целью настоящей работы являлось исследование фазового состава диффузионной зоны, полученной при нагревах слоистых композитов системы Т1-Си выше температуры эвтектического превращения.
Материалы и методы исследования
Проведенные авторами статьи исследования показали, что контактное плавление в системе ТьСи начинается при температуре выше 900 °С
(рис. 1). Поэтому исследование структуры
и свойств межслойной границы сваренного взры-вом биметалла медь М1 (4 мм)+титан ВТ 1−0 (4 мм) проводили после его ТО 900 — 980 °C с различными временами выдержки.
Размер диффузионной зоны определяли с по -мощью микроскопа ОЬУМРи8 ВХ 61 на грани шлифа, нормальной к поверхности раздела. В каждом случае проводили не менее 20 измерений, что позволило получить величину ошибки ± 0,4мкм.
Измерения микротвердости проводили по стандартной методике на приборе ПМТ-3 под нагрузкой 50 грамм.
Рентгеновские съемки выполняли на дифрактометре ДРОН-3 в излучении медного анода. Расшифровку дифрактограмм проводили путем сравнения полученных значений меж-плоскостных расстояний с табличными данными картотеки А8ТМ для каждой из фаз.
Рис. 1. Микроструктура зоны соединения в биметалле М1+ВТ1−0 после ТО при температуре 850 (а) и 880 °C (б),
1ч и 900 °C (в), 5 мин (х500)
Результаты и их обсуждение
На рис. 2 представлены результаты экспериментальных данных, отражающих зависимость толщины диффузионной зоны от режимов на-
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14−19−418).
грева. Их анализ показывает, что с увеличением времени выдержки прослойка растет до тех пор, пока весь титановый слой не трансформируется в диффузионную зону. Интенсивность взаимодействия определяется, в основном, температурой нагрева.
Температура. ^
Рис. 2. Влияние режимов ТО на размер диффузионной зоны, образующейся на границе титан-медь.
Структура диффузионной зоны в ее поперечном сечении неоднородна (рис. 3, 4). У границы с титаном значения твердости в среднем в полтора раза выше, чем у границы с медью
(рис. 5). При переходе от одной структурной составляющей к другой наблюдается достаточно большой разброс значений микротвердости (до 0,8 ГПа).
а (х100) б (х100) в (х50)
Рис. 3. Микроструктура диффузионной зоны в биметалле М1+ВТ1−0 после ТО 900 °C в течение 15 (а), 30 (б) и 60 (в) мин
в г
Рис. 4. Микроструктура диффузионной зоны в биметалле М1+ВТ1−0 после ТО в течение 15 мин при температуре 920 (а),
940 (б), 960 (в) и 980 °C (г) (х50)
Рис. 5. Распределение микротвердости в поперечном сечении диффузионной зоны (от меди к титану)
Сопоставление массовой доли прореагировавших компонентов (оценивали по изменению толщины соответствующего слоя) с диаграммой состояния ТьСи [5] ПОЗВОЛИЛО в первом приближении оценить фазовый состав диффу-
зионной зоны. Результаты такой оценки представлены в таблице. Их анализ свидетельствует о том, что состав диффузионной зоны должен меняться в зависимости от температурно-временных режимов ТО.
Оценка фазового состава по количеству прореагировавших компонентов
Температура, °С Время, мин Исходная толщина, мм Прореагировавшие компоненты Си / Ті, об.% Фазовый состав
Си, мм Ті, мм
900 15 4+4 0,87 0,086 91/9 (Си) + ТіСи4
30 0,959 0,196 83/17 ТіСи2 + ТіСи4
60 0,497 1,49 25/75 аТі + Ті2Си
920 15 1,453 0,484 75/25 ТіСи2 + ТіСи4
940 15 2,0 0,985 67/33 Ті2Си3 + ТіСи4
960 15 1,598 1,802 47/53 Ті3Си4 + ТіСи
980 15 1,548 2,052 43/57 Ті3Си4 + Ті2Си3 + ТіСи
Расшифровка дифрактограмм после рентгеновской съемки со стороны диффузионной зоны, механически отделенной от слоя титана, показала, что структура и фазовый состав диффузионной зоны зависят от температурно-вре-
а
менных режимов ТО. Так, после ТО (900 °С) в составе диффузионной зоны идентифицируются линии, соответствующие интерметалли-дам ТЮи, ТЮи3 и ТЮи4, а при 960 °C — Т13Си4, ТЮи, ТЮи3 и ТЮи2 (рис. 6).
б
Рис. 6. Дифрактограммы, полученные после съемки с поверхности диффузионной зоны, после ТО 900 (а)
и 960 °C (б) в течение 15 мин
Вывод
Диффузионное взаимодействие в присутствии жидкой фазы приводит к исчезновению сформировавшегося при сварке взрывом на границе раздела титанового и медного слоев волнового профиля и формированию на поверхности меди интерметаллидного покрытия, структура и фазовый состав которого определяются температурно-временными режимами термообработки и массовой долей прореагировавших компонентов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Kundu. S. Diffusion bonding of commercially pure titanium to 304 stainless steel using copper interlayer / S. Kundu, M. Ghosh, A. Laik, K. Bhanumurthy, G. B. Kale,
S. Chatterjee // Materials Science and Engineering — 2005 (A 407). — P. 154−160.
2. Bratanich. T. I. Kinetics of destructive hydrogenation of Ti2Cu and TiCu intermetallides / T. I. Bratanich, V. V. Sko-rokhod, and O. V. Kucheryavyi // Powder Metall. Met. Ceram -2010, № 6. — P. 330−338.
3. R. K. Shiue, S. K. Wu, С. H. Chan, and C. S. Huang: Infrared braz-ing of Ti-6A1−4V and 17−4 PH stainless steel with a nickel barrier layer. Metall. Mater. Trans. A37,2207 (2006).
4. Шморгун, В. Г. Формирование структуры диффузи-онной зоны СИК системы Ni-Al в присутствии жидкой фазы I
B. Г. Шморгун, Ю. П. Трыков, А. И. Богданов, В. Н Арисова II Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 5(78) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2011. — (Серия «Проблемы материалове-дения, сварки и прочности в машиностроении» — вып. 5). -
C. 11−14.
5. Lee, М. К. Strong bonding of titanium to copper through the elimination of the brittle interfacial intermetallic / M.K. Lee, J.G. Гее, J.K. Гее, J.J. Parle, G.J. Гее, Y.R. Uhm, and C.K. Rhee II J. Mater. Res., Vol. 23, No. 8, Aug 2008. — P. 2254−2263.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой