Влияние нагревов на кинетику диффузионных процессов в сваренном взрывом биметалле титан + нихром

Введение…..6
1 Обзор научно-технической литературы….
1.1 Особенности никелидов титана…...
1.2 Диаграммы состояний систем Ti–Ni, Ti–Cr, Ni–Cr и Ti–Ni–Cr …...
1.3 Электронная конфигурация атомов и кристаллическая структура сплавов в системах Ti–Ni, Ti–Cr и Ni–Cr …...
2 Материалы и методы исследования…..
2.1 Титан ВТ1-0
2.2 Титан ВТ20
2.3 Титан ОТ-4
2.4 Нихром
2.4.1 Х20Н80
2.5 Сварка взрывом
2.6 Термическая обработка
2.7 Приготовление шлифов
2.8 Металлографические исследования
2.8.1 Рентгеноструктурный анализ
2.8.2 Энергодисперсионный микроанализанализ
2.9 Результаты исследований
Заключение…..
Список использованных источников…..

Весь текст будет доступен после покупки

Титан – лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Титан обладает высокой коррозионной и химической стойкостью благодаря защитной окисной пленке на его поверхности. Он не корродирует в пресной и морской воде, минеральных кислотах, царской водке и др. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т.п. Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей).
Однако жаростойкие и жаропрочные свойства титана достаточно низкие. Связанно это с тем, что при полиморфном превращении — 882?С для чистого титана и 750 —1020 ?С для титановых сплавов, резко повышается диффузия азота, кислорода и водорода, содержащихся в воздухе в титан, что сильно снижает его механические свойства. Одним из перспективных способов является нанесение на поверхность титановых изделий защитного покрытия из нихрома с алюминием. Алюминий образует очень стойкую оксидную пленку на границе контакта с воздухом, тем самым не давая возможность прохождению процессов диффузии водорода, азота и кислорода с нихромом и титаном. Нихром выполняет роль барьера между алюминием и титаном, предупреждая диффузию алюминия в титан. Исследованию взаимодействия Ti с Ni при различных температурах посвящено множество работ, например [1-4], в то время как количество работ, посвященных исследованию тройной системы Ti-NiCr, ограничено (работы [5-7] не учитывают специфику применяемого процесса СВ и ограничиваются рассмотрением единственной марки титанового сплава TC4).

Весь текст будет доступен после покупки

Особенности никелидов титана
Сплавы на основе никелида титана относятся к категории материалов, обладающих уникальными физико-механическими свойствами, одним из которых является эффект памяти формы (ЭПФ). Эти сплавы находят широкое применение в технике и медицине [8, 9]. Необычные свойства таких сплавов обусловлены проходящими в них структурными и фазовыми переходами (ФП). Основным элементом в соединениях на основе никелида титана является титан, который существует в ОЦК- и ГПУ-модификациях (Тк = 1155 К полиморфного превращения ?>?). Многокомпонентные сплавы титана с Ni, V, Cr, Fe, Co Cu, Pd и другими элементами образуют соединения с В2-структурой, некоторые из которых испытывают термоупругие мартенситные превращений (МП). Важно отметить, что на кинетику, на последовательности МП и на температурные области фазовых переходов влияют как термомеханические воздействия, так и легирование третьим элементом [8, 9]. Хотя ЭПФ был обнаружен в сплаве Ti–Ni эквиатомного состава, но дальнейшие исследования показали, что представляют интерес (в особенности для использования в медицине) сплавы, отклонённые от стехиометрического состава и легированные различными элементами. Эти сплавы называются сплавами на основе никелида титана. Было установлено, что легирование никелида титана разными элементами периодической системы даёт возможность регулирования свойств ЭПФ в этих сплавах, что является основой их успешного и разнообразного применения [8, 9]. В ряде работ [10-13] изучались свойства спеченных композитных материалов, у которых сплав TiNi являлся связующим компонентом, а частицы карбидов или нитридов играли роль твердых упрочняющих включений, обеспечивающих высокий уровнь механических и эксплуатационных характеристик материала. Если бинарные сплавы никелида титана, близкие по составу к эквиатомному, детально изучают в течение последних 10–20 лет, то разнообразные многокомпонентные системы сплавов на основе Ti–Ni лишь в последние годы становятся предметом систематических исследований [14]. Например композит TiC/TiNi, особенность которого в том, что его структура имеет каркасный тип. Материал представляет собой два взаимопроникающих каркаса: карбида титана и никелида титана. Твердая карбидная фаза обеспечивает высокую твердость, прочность, износостойкость и размерную стабильность материала. Металлический же компонент способствует улучшению механических свойств, таких как прочность и вязкость разрушения композита. Если предположить, что металлическая фаза претерпевает мартенситные превращения, физико-механические свойства композита будут меняться с температурой в зависимости от того, в каком структурном состоянии (аустенитном, мартенситном или двухфазном) находится сплав. Следует учитывать, что металлическая фаза в каркасных композитах находится в порах жесткого карбидного каркаса, размеры пор которого составляют 3-5 микрометров.
Использовались образцы с различным содержанием углерода (y) в карбидной фазе TiCy композита. Объемная доля никелида титана (Ф) в композите была близка к 50%. Данные о составе исследуемых образцов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Номер образца у Ф
1 0,76 0,5
2 0,83 0,5
3 0,89 0,5
4 1 0,59

Измерение свойств образцов сразу после их изготовления по изложенной выше методике показало, что в каркасном композитном материале при изменении температуры реализуется МП. Пример полученных температурных зависимостей удельного электросопротивления ? и модуля Юнга, отнесенного к его значению при комнатной температуре E/ERT, для образца 4 представлены на рис. 1.
Рис. 1. Температурные зависимости электросопротивления ? (1) и относительного модуля Юнга E/ERT (2) для композитного образца 4 и никелида титана (на вставке).
Из рисунка видно, что модуль Юнга при непрерывном охлаждении и нагревании изменяется с минимумом вблизи 235 K, а температурная зависимость электросопротивления имеет аномальный ход. Подобное поведение физических характеристик наблюдается в сплавах на основе никелида титана в интервале температур МП [15], и, следовательно, можно заключить, что превращение происходит и в исследуемом композитном материале. Отметим лишь несколько особенностей. Минимум на температурных зависимостях модуля упругости в композите существенно „размыт“, в то время как в сплаве TiNi он острый, что можно видеть из сравнения кривых в поле рисунка и на вставке в нижнем правом углу. Кроме того, после завершения цикла „охлаждение– нагревание“ электросопротивление не достигает начального значения, и цикл оказывается незамкнутым. Это, по-видимому, может свидетельствовать о неравновесности структуры композита и существенной дисперсии его свойств. Обычно для гомогенизации твердого раствора TiNi в сплавах на основе никелида титана используют термообработку, заключающуюся в закалке от температуры ? 1070 K. Последующий отжиг при 500?800 K в стареющих сплавах вызывает образование ряда фаз в соответствии с диаграммой состояния. Такие процедуры, как правило, приводят к изменению температурной кинетики и последовательности МП в никелиде титана. Поэтому представлялось естественным попытаться выявить методы „управления“ МП в каркасных композитах, используя различные термообработки. С этой целью образцы подвергались закалке от 1070 K в воде с последующими отжигами при 570, 670, 770 и 870 K в течение 2 часов в атмосфере аргона.

Весь текст будет доступен после покупки

1. 34Формирование зоны взаимодействия на межслойной границе сваренного взрывом композита ВТ1-0-НП2 / Шморгун В. Г. и др. // Материаловедение. – 2019. – №. 5. – С. 266.
2. 35Особенности формирования диффузионного слоя при контактном плавлении в системе TI-NI / Шморгун В. Г. и др. // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2018. – №. 9. – С. 22-25.
3. 36Investigating the solid-state diffusion at the interface of Ni/Ti laminated composite / Luo J. et al. // Journal of Manufacturing Processes. – 2022. – Т. 75. – С. 670-681.
4. 37Diffusivity of Ti-Ni diffusion couple enhanced by pulse current during spark plasma sintering / Li R. et al. // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2020. – Т. 51. – №. 1. – С. 6-10.
5. 38Effect of interlayer on interfacial microstructure and properties of Ni80Cr20/TC4 vacuum diffusion bonded joint / Jian S. et al. // Vacuum. – 2022. – С. 111738.
6. 39Vacuum diffusion bonding TC4 to Ni80Cr20: Interfacial microstructure, segregation, cracking and properties / Liu K., Li Y., Wang J. // Vacuum. – 2018. – Т. 158. – С. 218-222.
7. 40Microstructure Characteristics of Transient Liquid Phase Diffusion Bonding Super-Ni/NiCr Laminated Composite to TC4 Alloy / Xiaohan X. et al. // Science of Advanced Materials. – 2019. – Т. 11. – №. 9. – С. 1252-1258.3
8. 1Гюнтер В . Э ., Домбаев Г . Ц ., Сысолятин П . Г . и д р . Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. – 486 с.
9. 2Гюнтер В . Э ., Ходоренко В . Н ., Ясенчук Ю . Ф . и д р . Никелид титана. Медицинский материал нового поколения. – Томск: Изд-во МИЦ, 2006. – 296 с.

Весь текст будет доступен после покупки