Формирование структуры в многослойных соединениях титана со сталями с различным содержанием углерода после высокотемпературных нагревов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. Г. Шморгун — д-р техн. наук, Ю. П. Трыков — д-р техн. наук,
Д. Ю. Донцов — инженер, О. В. Слаутин — канд. техн. наук
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ В МНОГОСЛОЙНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТИТАНА СО СТАЛЯМИ С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРЕВОВ
Волгоградский государственный технический университет
(e-mail: mv@vstu. ru)
Исследовано формирование структуры 15-слойных соединений титана ВТ1−0 со сталями 08кп и У7 после высокотемпературных нагревов в интервале температур 750−950 °С. Установлено, что увеличение содержания углерода в стальных слоях приводит к росту необходимой для формирования структуры слоистых интерметаллидных композитов температуры и времени выдержки при отжиге.
Ключевые слова: сварка взрывом, титано-стальной композит, термообработка, слоистый интерметал-лидный композит.
Formation of structure of 15-layer joints of titanium ВТ1−0 with steels 08kp and U7 after high-temperature heatings in the range of temperatures 750−950°С is investigated. It is established that the increase of carbon maintenance in steel layers leads to growth of temperature and endurance time at annealing wich is necessary for formation of layered intermetallic composites.
Keywords: explosion welding, titanium-steel composite, heat treatment, layered intermetallic composite.
Технология получения нового класса конструкционных материалов — слоистых интерме-таллидных композитов (СИК) — предусматривает сварку взрывом многослойных пакетов и их последующую прокатку на толщину, обеспечивающую после завершающей высокотемпературной термообработки заданное объемное соотношение основных и образующихся в результате диффузии интерметаллидных слоев [1, 2].
Известно [3], что направление и скорость протекания диффузионных процессов, а также химический и фазовый состав образующихся диффузионных прослоек определяются структурным состоянием материалов в зоне диффузионного взаимодействия, которое формируется как в процессе изготовления, так и при технологических переделах слоистых композитов.
Титан имеет весьма высокую склонность к карбидообразованию, а углерод в стали является наиболее диффузионно-подвижным элементом, поэтому понимание процессов, протекающих в околошовной зоне при нагреве соединений титан-сталь с различным содержанием углерода, необходимо как на этапе выбора конструкции СИК этой системы, так и при назначении режимов его высокотемпературной термообработки.
В известных работах [4], касающихся влияния нагревов на структуру и свойства соединений титана со сталями с различным содержанием углерода, авторы ограничились исследованиями в интервале температур 500−600 °С, что, тем не менее, позволило им сделать ряд принципиальных выводов наиболее важными из которых являются следующие:
— с увеличением в стали исходного содержания углерода прочность соединения при нагревах до 600 °C падает менее заметно, что связано с известной способностью низкоуглеродистых сталей к большему упрочнению при динамическом нагружении и, поэтому, к большему разупрочнению их ферритной составляющей при последующих нагревах-
— в процессе длительного нагрева стали с большим содержанием углерода у границы раздела металлов обезуглероживаются в большей степени.
В настоящей работе влияние содержания углерода в стальном слое на структуру и свойства слоистого титано-стального композита изучали в интервале температур 750−950 °С. Исследования проводили на 15-слойных композитах (с чередующимися слоями титана и стали)
следующего состава: ВТ1−0+08кп и ВТ1−0+У7, изготовленных по комплексной технологии, предусматривающей сварку взрывом и последующую прокатку при 700 °C.
При проведении исследований применялось современное оборудование и компьютерное программное обеспечение: рентгеновский дифрактометр ДРОН-3, микротвердомер ПМТ-3М, вакуумная печь СВШЛ 0,6−2/16, материаловедче-ский агрегатный микроскоп «Olympus BX61» с программным пакетом «AnalySIS» фирмы Soft Imaging System GmbH.
Установлено, что диффузионные процессы с образованием новых фаз в титано-стальных композитах сопровождаются уменьшением толщины как титановых, так и стальных слоев.
С увеличением времени отжига количество перлитных зерен как в стали 08кп, так и в У7 уменьшается. Обезуглероженный (ферритный) слой с ориентацией зерен перпендикулярно границе соединения в стали 08кп появляется при температуре 800 °C, а в стали У7 — при 950 °C при фиксированной длительности отжига — 1 ч (рис. 1). При этом твердость стали У7 понижается с 2,06−2,17 ГПа при 800 °C до 1,27−1,33 ГПа при 950 °C (рис. 2).
Диффузионная прослойка в титаностальном композите состава ВТ1−0+08кп твердостью 4,88−5,03 ГПа формируется поэтапно. При температурах термообработки до 800 °C она имеет игольчатую структуру с твердостью 4,15−4,27 ГПа и состоит из твердых растворов титана (по данным [151] твердость сплавов Ti-Fe с повышением в них содержания последнего изменяется следующим образом: 2% Fe -2 ГПа, 4% Fe — 3,05 ГПа, 6−9% Fe — 4,5 ГПа) и интерметаллидных соединений титана с железом.
При температурах выше 800 °C между стальным слоем и игольчатой прослойкой образуется прослойка интерметаллидного состава (Fe2Ti и FeTi) твердостью 4,15−4,27 ГПа. При 950 °C (выдержка 1 ч) структура СИК формируется окончательно и состоит из чередующихся интерметаллидных и ферритных слоев, между которыми располагается тонкая прослойка TiC твердостью до 20 ГПа.
Отжиг композита состава ВТ1−0+У7 в интервале температур нагрева 800−900 °С при 1-часовой выдержке не приводит к заметным структурным изменениям в титановых слоях, твердость которых остается на уровне 2,082,15 ГПа. На границе раздела слоев металлогра-
б
а
в
г
д
е
з
Рис. 1. Микроструктуры 15-слойных композитов состава титан ВТ1−0 + сталь 08кп (а, в, д, ж) и титан ВТ 1−0 + сталь У7 (б, г, е, з) после нагревов:
а, б — 800 °C, 1ч- в, г — 900 °C, 1ч- д, е — 950 °C, 1ч- ж, з — 950 °C, 3ч (х200)
фически наблюдается только прослойка карбидов ТІС большей, чем в композите со сталью 08кп, толщины и твердости (до 28 ГПа). При 950 °C титановый слой имеет игольчатую структуру, которая при увеличении времени выдержки до 3 ч трансформируется в прослойку интерметаллидного состава твердостью 4,48−4,59 ГПа.
н
ГПа
2,0
1,5
' 800 850 900 Т,°С
Рис. 2. Влияние температуры отжига на твердость стальных слоев в 15-слойном композите состава:
1 — титан ВТ1−0 + сталь У7- 2 — титан ВТ1−0 + сталь 08кп.
Время отжига — 1 ч
Выводы
1. Увеличение содержания углерода в стальных слоях многослойного титано-стального композита приводит к росту температуры и времени выдержки при отжиге, необходимой для формирования структуры СИК в виде череду-
ющихся интерметаллидных и ферритных слоев, росту толщины и твердости прослойки ТІС, снижению твердости интерметаллидных слоев.
2. Поскольку повышение прочностных свойств СИК и расширение температурного диапазона их работоспособности в основном реализуется за счет увеличения объемной доли интерметал-лидов и повышения твердости интерметаллид-ных прослоек, использование средне- и высокоуглеродистых сталей в качестве металлической основы СИК системы Ті-Бе нецелесообразно.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Создание жаропрочного композиционного материала системы титан-железо / В. Н. Гульбин [и др.] // Вопросы атомной науки и техники / ЦНИИатоминформ. -М., 1991. — С. 12−14.
2. Трыков, Ю. П. Деформация слоистых композитов: монография / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, Л. М. Гуревич — ВолгГТУ. — Волгоград, 2001. — 242 с.
3. Трыков, Ю. П. Диффузия в слоистых композитах: моногр. / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич, В. Н. Арисова — ВолгГТУ. — Волгоград, 2006. — 403 с.
4. Казак, Н. Н. Свойства соединений титан — сталь при сварке взрывом / Н. Н. Казак, В. С. Седых, Ю. П. Тры-ков // Сб. «Новое в сварке взрывом» / ЦИНТИхимнефте-маш. — М. — 1966.
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (08−08−56) и проекта 2.1. 2/573 целевой программы Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы».

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой