Механические свойства СКМ и СИК системы Ti-Cu при нормальных и повышенных температурах

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, А. О. Таубе, В. П. Кулевич
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКМ И СИК СИСТЕМЫ Ti-Cu ПРИ НОРМАЛЬНЫХ И ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ*
Волгоградский государственный технический университет
е-mail: mv@vstu. ru
Представлены результаты кратковременных испытаний на растяжение трехслойных слоистых и интер-металлидных композитов системы Ti-Cu при нормальных и повышенных температурах.
Ключевые слова: интерметаллид, слоистый композит, диффузионная зона, прочность.
The results of short-term tensile-tion triple layer laminated composites and intermetallic Ti-Cu system at normal and elevated temperatures.
Keywords: intermetallic, the layered composite, diffusion zone, strength.
Введение
Как отдельный класс материалов слоистые интерметаллидные композиты обладают рядом
уникальных характеристик и свойств: хорошая высокотемпературная прочность, высокая устойчивость к коррозии и окислению, высокая жест-
* Работа выполнена при финансовой поддержке к°сТЪ и х°р°шее с°пр°тивление ГОлзучесТИ [1].
Министерства °браз°вания и науки рФ (с°глашение Несмотря на проявляемое в последние го-
№ 14. B37. 21. 1847) и грантов РФФИ (13−08−66 А, 13 08−97 025 р_поволжье_а, 12−08−33 017 мол_а_вед)
ды особое внимание к слоистым материалам на
10
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
основе титана и меди [2, 3] многие особенности их строения и поведения при нагружении до сих пор не раскрыты. Целью настоящей работы явилось изучение механических свойств трехслойных слоистых (СКМ) и интерметаллидных (СИК) композитов системы Ti-Cu при нормальных и повышенных температурах.
Материалы и методы исследования
Механические испытания при комнатной температуре проводили на установке LRK 5 Plus, высокотемпературные (до 700 °С) — на установке АЛА-ТОО (ИМАШ 20−75). Образцы толщиной 1,5 мм изготавливали из меди М1, титана ВТ1−0 и полученного сваркой взрывом с последующей прокаткой СКМ М1+ВТ1−0+М1
[1] (рис. 1). Нагрев образцов осуществляли радиационным методом.
Рис. 1. Образец для механических испытаний
Отжиг СКМ для формирования структуры СИК медь-диффузионная зона-медь (рис. 2) проводили при температуре 850 оС в течение 100 ч, что позволило получить диффузионную зону с объемной долей 75%.
Изучение микроструктуры осуществляли с помощью оптического микроскопа Оіушрш ВХ-61.
Микротвердость структурных составляющих замеряли на приборе ПМТ-3М под нагрузкой 0,2 Н.
Результаты и их обсуждение
Результаты механических испытаний показали (рис. 2, а), что температурная зависимость прочности трехслойного СКМ после прокатки подчиняется правилу смеси
ОсКМ = Оси^Си + Охі^хі, (1)
где оскм, оСи, Оті - соответственно пределы прочности СКМ, меди и титана- УСи и Уті - объемная доля меди и титана.
Относительное удлинение СКМ оказалось значительно ниже (8%), чем у исходных материалов (20% у меди М1 и 30% у титана ВТ1−0) (рис. 2, б).
. 15
=
S
ъ& gt-
я
я
4? і. о = & gt-4 О
н
в
и
о
5 н О
12-
9-
6 ¦
3 ¦
/
У
/ ¦
г
и
100
¦80
-60
¦ 40
¦20
0 200 400 600 800
Температура испытаний, °С
а б
Рис. 2. Температурная зависимость прочности (а) и относительного удлинения (б) для:
1 — титана ВТ1−0- 2 — меди М1- 5 — СКМ М1+ВТ1−0+М1- 4 — СИК
О
S
V
н
з
и
о
я
н
О
Ранее нами показано [4], что фазовый состав диффузионной зоны в СИК системы ТьСи определяется как температурно-временными условиями нагрева, так и деформационной «наследственностью» полугорячей прокатки, приводящей к интенсификации диффузионных процессов при последующей термообработке за счет фрагментации и развития блочной структуры. Анализ распределения микротвердости в поперечном сечении иссле-
дованного СИК (рис. 3) показал, что диффузионная зона, имеющая слоистое строение, в слое, прилегающем к меди, имеет твердость 3,5−3,7 ГПа, что соответствует интерметаллиду ТЮи [5]. В центральной части, имеющей сложный фазовый состав (П2Си, ТЮщ и Т12Си3) [4], среднее значение микротвердости находилось на уровне 4,4 ГПа. Тем не менее, твердость отдельных структурных составляющих достигала 5,1−5,4 ГПа.
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 11
Рис. 3. Распределение микротвердости в поперечном сечении СИК
С ростом температуры испытаний прочность СИК понижалась, однако ее значения были вше прочности монометаллов и СКМ. При этом СИК разрушался во всем температурном диапазоне испытаний хрупко (5 = 0,4−0,5%).
В работах [6, 7] показано, что если одна из составляющих слоистого композита хрупкая, его прочность можно оценить по уравнению
(2)
Ск = C/aVa + С eVe + CcVc,
где о, а и 0в — напряжения в мягких составляющих при деформации разрушения реакционной зоны.
Использование уравнения (2) и экспериментальных данных по прочностным свойствам СИК системы ТьСи позволило косвенным методом оценить прочность диффузионной зоны
С — С С V
сик Си Cu
(3)
дз Vдз
где ОдЗ и оСИК — прочность диффузионной зоны и слоистого интерметаллидного композита- оСи, и оТ-. — предел текучести меди и титана- VдЗ — объемная доля диффузионной зоны.
Температура испытаний, С
Рис. 4. Температурная зависимость прочности меди (1), титана (2) и диффузионной зоны (5)
На рис. 4 представлены полученные расчетным путем средние значения прочности диффузионной зоны, сформированной при температуре 850 °C в течение 100 ч. Согласно полученным данным прочность диффузионной зоны при комнатной температуре составляет ~ 490 МПа. С повышением температуры испытания прочность постепенно уменьшается, но находится значительно выше прочности монометаллов, входящих в состав композиции.
Выводы
Прочность диффузионной зоны СИК системы Ti-Cu, сформированной при температуре 850 °C в течение 100 ч, с повышением температуры испытания постепенно снижается с 490 (20 °C) до 200 (700 °C) МПа. Разрушение СИК во всем исследованном температурном диапазоне хрупкое (5 = 0,3−0,4%).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трыков, Ю. П. Научные основы проектирования и изготовления нового класса конструкционных материалов -слоистых интерметаллидных композитов / Ю. П. Трыков, В. Г. Шморгун, Л. М. Гуревич // Конструкции из композиционных материалов. — 2006. — № 4. — С. 133−134.
2. Kundu, S. Diffusion bonding of commercially pure titanium to 304 stainless steel using copper interlayer / S. Kundu, M. Ghoshb, A. Laik, K. Bhanumurthy, G.B. Kale, S. Chatterjee // Materials Science and Engineering A 407 (2005) 154−160.
3. Saboktakin, Mohsen. The Effect of Copper Interlayer on Metallurgical Properties of Roll Bonding Titanium Clad Steel/ Mohsen Saboktakin, Gholamrza Razavi and Hossein Monajati // Department of Materials Science and Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, 2011 International Conference on Advanced Materials Engineering IPCSIT vol. 15 (2011).
4. Шморгун, В. Г. Исследование фазового состава диффузионной зоны в композите системы медь-титан /
B. Г. Шморгун, О. В. Слаутин, В. Н. Арисова, Д. А. Евс-тропов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 6(109) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении» — вып. 7). — С. 32−35.
5. Оликер, В. Е. Структура и фазовый состав диффузионной зоны Cu-Ti / В. Е. Оликер, А. А. Мамонова, Т. И. Шапошникова // Порошковая металлургия. — 1996, № ¾. -
C. 67−70.
6. Шморгун, В. Г. Расчетная оценка прочности слоистых интерметаллидных композитов (СИК) системы «магний-алюминий» / В. Г. Шморгун, Ю. П. Трыков, Д. С. Самарский, А. И. Богданов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 11(59) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2009. -
С. 20−23.
7. Трыков, Ю. П. О влиянии поверхности раздела на прочность слойного композита / Ю. П. Трыков, Н. Н. Ку-расова, Б. Г. Пектемиров, А. И. Еловенко, А. П. Ярошенко // Металловедение и прочность материалов: межвуз. сб. науч. тр.- ВолгПИ. — Волгоград, 1989. — С. 92−97.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой