Високотемпературна повзучість титанових сплавів з різною мікроструктурою
Характеристики міцності ряду титанових сплавів різного ступеню легованості при підвищених температурах. Визначення на основі результатів закономірностей високотемпературної деформації цих сплавів. Деформація титанових сплавів при підвищених температурах.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 21.11.2013 |
| Размер файла | 28,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова
НАН України
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНА ПОВЗУЧІСТЬ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ З РІЗНОЮ МІКРОСТРУКТУРОЮ
Фізика металів
Бондарчук Вадим Іванович
Київ 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова
Національної Академії Наук України.
Науковий керівник:
доктор технічних наук, професор Івасишин О.М.,
Інститут металофізики НАН України, завідуючий відділом
Офіційні опоненти:
доктор фізико-математичних наук Котречко С.О.,
Інститут металофізики НАН України, провідний науковий співробітник
доктор фізико-математичних наук Подрєзов Ю.М.
Інститут проблем матеріалознавства НАН України, провідний науковий співробітник
Провідна установа:
Киівський державний університет ім. Тараса Шевченка, фізичний факультет, кафедра фізики металів.
Захист відбудеться 27 жовтня 1999 р. о 14-00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.168.01 в Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 252680 м. Київ, вул. Вернадського, 36.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 252680 м. Київ, вул. Вернадського, 36.
Автореферат розісланий " 24 ” вересня 1999 р.
Вчений секретар спеціалізованої ради, доктор фізико-математичних наук Піщак В.К.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Жароміцні титанові сплави, завдяки їх високій питомій міцності, широко використовуються в авіаційній, енергетичній та інших галузях промисловості. Більшість деталей, виготовлених з цих сплавів, працюють при підвищених температурах, тому до міцності й опору повзучості даних сплавів при цих температурах ставляться високі вимоги. Проте, незважаючи на те, що питома міцність титанових сплавів при невеликих температурах більша, ніж багатьох інших конструкційних жароміцних сплавів (сталі, сплави на основі хрому, нікелю та ін.), їх міцність і особливо опір повзучості швидко зменшуються з ростом температури. Це призводить до того, що титанові сплави практично не використовуються при температурах, при яких більшість інших жароміцних сплавів ще успішно працюють. Не зважаючи на те, що в останній час вдалося довести верхню температуру практичного використання титанових сплавів до 600С (сплави Ti-1100, IMI 834), вона залишається низькою у порівнянні з іншими жароміцними сплавами. Це не зовсім зрозуміло, оскільки температура плавлення титану досить висока (1665С). Проблема порівняно низької жароміцності титанових сплавів до цього часу потребує вирішення. Перш за все, не до кінця з'ясовані фізичні причини цього явища, без знання яких зусилля з подальшого підвищення жароміцності титанових сплавів виглядає малоефективними.
Для успішного та цілеспрямованого підвищення жароміцності титанових сплавів необхідно розуміння механізмів деформації та повзучості цих сплавів при підвищених температурах. Деформація складнолегованих титанових сплавів є складним процесом, який залежить від багатьох параметрів. Тому для з'ясування загальних закономірностей поведінки титанових сплавів при короткочасній деформації та повзучості необхідні комплексні, систематичні дослідження титанових сплавів різних класів у порівнянні з чистим титаном. Такі дослідження необхідні і для кращого розуміння ролі вихідної мікроструктури при короткочасній деформації та повзучості титанових сплавів. Зокрема, практично не вивчено вплив швидкісної термообробки (ШТО), яка дозволяє значно покращити механічні властивості титанових сплавів, на їх короткочасну та довготривалу міцність при підвищених температурах.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в Інституті металофізики НАН України в рамках бюджетної теми N 01964018946 та проекту УНТЦ N51.
Мета і задачі роботи: комплексно вивчити характеристики міцності ряду титанових сплавів різного степеню легованості при підвищених температурах і визначити на основі отриманих результатів основні закономірності високотемпературної деформації цих сплавів. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:
1. Дослідити короткочасну деформацію титанових сплавів при підвищених температурах, визначити її механізми.
2. Вивчити повзучість титанових сплавів при підвищених температурах, встановити механізми, які її контролюють; з'ясувати причини низької жароміцності титанових сплавів при температурах вище 500-600С;
3. Визначити вплив вихідної мікроструктури титанових сплавів на їх міцність і жароміцність при підвищених температурах.
Наукова новизна:
1. Вперше встановлено, що в технічно чистому титані, псевдо-, () - і псевдо- титанових сплавах є певна температура Тс (своя для кожного сплаву), при якій відбувається перехід від низькотемпературного, який контролюється процесами бездифузійного повернення, до високотемпературного, який контролюється процесами дифузійного повернення, механізму деформації, чим і пояснюється різке падіння міцності вище Тс.
2. Встановлено, що Тс корелює з температурою завершення поліморфного перетворення титанових сплавів Тп. п., яке розвивається за дифузійним механізмом, на підставі чого висунуто припущення про те, що зміна механізму деформації і падіння міцності поблизу Тс пояснюється можливістю розвитку початкових стадій перетворення при цих температурах.
3. Встановлено, що температура Тс визначається хімічним складом сплавів і не залежить від їх вихідної мікроструктури, тобто шляхом попередньої термообробки практично неможливо підвищити максимально допустиму температуру експлуатації сплавів.
4. Встановлено, що при температурах нижче Тс найбільші міцність та жароміцність титанових сплавів забезпечує ШТО. Вище Тс вплив вихідної мікроструктури на жароміцність титанових сплавів залежить від умов їх експлуатації.
Практичне значення результатів роботи. Отримані результати полегшують цілеспрямований пошук більш жароміцних титанових сплавів. В той же час, в роботі показано, що максимальна температура практичного використання псевдо- і () - титанових сплавів багато в чому визначається температурою їх поліморфного перетворення, у зв'язку з чим значне підвищення цієї температури є проблематичним. Показано також, що ШТО псевдо- і () - титанових сплавів значно підвищує їх короткочасну та довготривалу міцність при підвищених температурах у порівнянні зі стандартними термообробками, у зв'язку з чим ця термообробка рекомендується для покращення жароміцності даних сплавів у широкому температурному інтервалі.
Теоретичне значення. В роботі отримані загальні закономірності високотемпературної деформації титанових сплавів різного типу. Встановлено зв'язок між процесом поліморфного перетворення та поведінкою титану і його сплавів при високотемпературній деформації, висловлені обгрунтовані допущення щодо фізичної природи і механізму цього зв'язку.
Особистий внесок здобувача:
1. Експериментальне дослідження твердості, короткочасної міцності і повзучості титанових сплавів при високих температурах; проведені структурні дослідження.
2. Аналіз і обробка експериментальних результатів за допомогою ПК, моделювання.
3. Участь у плануванні експериментів, іх аналізі, написання статей та підготовка доповідей на конференціях.
Апробація результатів роботи. Результати дисертації доповідались на Міжнародному семінарі "Диффузия и фазовые превращения в твердых телах”, Черкаси, Україна, 20-28 червня 1998 р. та Міжнародній конференції пам'яті Гриднєва В.Н. "Металлы и сплавы: фазовые превра-щения, структура, свойства”, м. Київ, Україна, 21-25 вересня 1998 р.
У повному обсязі дисертація доповідалась у Киівському національному університеті ім. Тараса Шевченка.
Публікації. З теми дисертації опубліковано 4 статті у фахових виданнях.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'ятьох розділів, висновків і списку використаних джерел, що містить 112 посилань. Вона викладена на 144 сторінках машинописного тексту, включаючи 42 ілюстрації і 12 таблиць.
Основний зміст роботи
У вступі охарактеризовано стан проблеми досліджень, обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і основні задачі роботи, визначено наукову новизну, практичну та теоретичну цінність отриманих результатів.
У першому розділі подано літературний огляд за темою дисертації. Розглянуті наявні дані з високотемпературної деформації і повзучості титану та його сплавів. Проаналізовано вплив хімічного складу, вихідної мікроструктури та умов випробувань (напруження, температури, швидкості деформування, тощо) на жароміцність титанових сплавів, а
також механізми високотемпературної деформації і повзучості цих сплавів. Відзначено недостатність даних про вплив вихідної мікроструктури на жароміцність титанових сплавів, а також невизначеність щодо механізмів високотемпературної деформації і повзучості титану та його сплавів. Показано, що більшість експериментальних даних носять фрагментарний характер, в той час як для вирішення проблеми порівняно низької жароміцності титанових сплавів необхідні комплексні, систематичні дослідження високотемпературної деформації і повзучості сплавів різного типу.
У другому розділі наведено дані про досліджувані матеріали та використані експериментальні методики. Об'єктами дослідження були технічно чистий титан ВТ1-0 і ряд титанових сплавів, хімічний склад яких наведено у таблиці 1.
Необхідні для досліджень мікроструктури отримували шляхом попередньої термообробки сплавів. В технічному титані відпалом формували рівновісні зерна з середнім діаметром 100 мкм. Сплави ВТ18У, IMI 834 і ВТ3-1 вивчали в трьох мікроструктурних станах:
Таблиця 1. Хімічний склад сплавів.
|
Сплав |
Al |
Mo |
V |
Cr |
Fe |
Si |
Zr |
Nb |
Sn |
C |
|
|
псевдо- сплавы |
|||||||||||
|
IMI 834 |
5.7 |
0.55 |
- |
- |
- |
0.5 |
3.75 |
0.72 |
4.1 |
0,06 |
|
|
ВТ18У |
6.4 |
0.9 |
- |
- |
0.11 |
0.15 |
4.4 |
1.0 |
2 |
0,1 |
|
|
() - сплавы |
|||||||||||
|
ВТ6 |
6.2 |
- |
4.1 |
- |
0.25 |
0.13 |
- |
- |
- |
0,1 |
|
|
ВТ3-1 |
6.6 |
2.6 |
- |
1.5 |
0.4 |
0.3 |
- |
- |
- |
0,1 |
|
|
ВТ16 |
3.3 |
5.0 |
4.2 |
- |
0.18 |
0.1 |
- |
- |
- |
0,1 |
|
|
псевдо- сплав |
|||||||||||
|
ВТ22 |
5.4 |
5.0 |
4.2 |
1.4 |
1.0 |
0.1 |
- |
- |
- |
0,1 |
дрібнозерниста глобулярна мікроструктура після відпалу в () - області з наступним повільним охолодженням. У випадку сплаву
IMI 834 мікроструктура була бімодальною через прискорене охолодження на повітрі; крупнозерниста пластинчата мікроструктура після відпалу в -області (1100С) протягом однієї години та повільного охолодження; дрібнозерниста пластинчата мікроструктура після ШТО зі слідуючими параметрами: нагрівання зі швидкістю 20 Кс-1 у -область (1050С), витримка 5 с, охолодження на повітрі, з наступним стабілізуючим відпалом в -області. Сплави ВТ6 та ВТ22 вивчали в двох мікроструктурних станах: глобулярному та дрібнозернистому пластинчатому; сплав ВТ16 в бімодальному та дрібнозернистому пластинчатому. Типові приклади мікроструктур наведено на рис.1.
Мікроструктурний аналіз сплавів у вихідному та деформованому станах проводили методами оптичної та електронної мікроскопії.
Твердість за Віккерсом в температурному інтервалі від кімнатної до 800С вимірювали за методикою та на установці, розробленими в Інституті проблем матеріалознавства НАНУ, у вакуумі 3,7510-2 Па. Випробування на одновісний розтяг проводили у вакуумі не нижче 3,7510-2 Па в умовах ступінчатого росту напруження на зразку. Випробування на високотемпературну повзучість проводили в такому ж вакуумі за стандартною методикою. Фазові перетворення в сплавах вивчали за методикою високотемпературного диференційного термічного аналізу (ВДТА).
У третьому розділі розглядається короткочасна деформація титану та його сплавів у широкому температурному інтервалі.
Термоактиваційний аналіз температурних залежностей твердості, приклад якого наведено для технічного титану на рис.2, був проведений за відомою методикою:
HV = A1exp (Qd/3kT), (1)
де HV твердість, А1 константа, Qd енергія активації деформації, k стала Больцмана, Т абсолютна температура. Він дозволив встановити, що цей інтервал можна поділити на три ділянки, які характеризуються різними механізмами деформації. В області І (25300C) деформація контролюється міждислокаційною взаємодією; енергія активації деформації мала (порядку сотих долей еВ). При 300500C (ділянка ІІ) спостерігається деформаційне старіння, енергія активації деформації приблизно дорівнює 0,2 еВ. Вище 500С (ділянка ІІІ) деформація титану контролюється процесами дифузійного повернення, і енергія активації деформації приблизно дорівнює енергії активації самодифузії в -титані (1,5 еВ).
Встановлено, що температури зміни механізмів деформації не залежать від вихідної мікроструктури сплавів, а визначаються лише їх хімічним складом. При цьому температури переходу до високотемпературного (ІІІ) механізму деформації послідовно зменшуються у ряду: псевдо- () псевдо- сплави.
Отримані криві одновісного розтягу та їх термоактиваційний аналіз підтвердили результати, отримані із даних вимірювання твердості, причому енергії активації деформації, розраховані за результатами двох методів, збігаються у межах похибки.
Таким чином, у титані та його сплавах при деякій температурі Тс, яку можна умовно назвати "температурою втрати міцності”, починається швидке падіння короткочасної міцності, пов'язане зі зміною механізму деформації. У більшості металів перехід до високотемпературних, тобто тих, які контролюються дифузійним поверненням, механізмів деформації відбувається у відносно широкому температурному інтервалі біля 0,5Тпл, в той час як у титані спостерігається різкий перехід в околі 0,35-0,4Тпл. Це, творення, яке в умовах повільного нагрівання розвивається за дифузійним механізмом. В чистому титані дифузійне перетворення відбувається при 882С, однак у легованих сплавах температурний інтервал його протікання може сягати декількох сотень градусів. Із даних, отриманих за методом ВДТА, отримані свідчення про існування аномалій в околі температур Тс, які у випадку сплавів можуть бути пов'язані з початком фазового перетворення; у випадку технічного титану з дифузійним перерозподілом елементів, яке передує цьому перетворенню. Відомо, що при творенні швидкість дифузії в -титані збільшується на порядок. При деформації цей ефект повинен бути ще помітнішим через підвищену густину дефектів кристалічної гратки. При температурах, що відповідають розвитку фазового перетворення або підготовці до нього, негативно відбивається на жароміцності. Підтвердженням цього є те, що температура Тс корелює з температурою завершення поліморфного перетворення Тп. п. (рис.3).
Четвертий розділ присвячено дослідженню високотемпературної повзучості титанових сплавів. При 400С для ВТ1-0 та () - сплавів характерна логарифмічна повзучість, тобто швидкість їх деформації поступово зменшується до нуля, що свідчить про відсутність повернення зміцнення внаслідок деформаційного старіння. Повзучість цих сплавів при вищих температурах, а псевдо- сплавів при всіх досліджених температурах розвивалась за звичайними закономірностями і включала стадії неусталеного та усталеного розвитку деформації.
В даній роботі аналіз механізмів повзучості проводили за методикою визначення енергії активації повзучості Qc та силового параметра n. Як відомо, кожному механізму повзучості відповідають свої значення цих параметрів. Наприклад, для так званого низькотемпературного механізму повзучості, коли повернення зміцнення відбувається бездифузійним шляхом поперечним ковзанням гвинтових компонент дислокацій, значення n великі ( 7), а Qc < Qsd, де Qsd енергія активації самодифузії. При високотемпературних механізмах повзучості, що контролюються дифузійним поверненням, n = 1-6, Qc Qsd. В даній роботі користувались значеннями енергії активації деформації, отриманими шляхом термоактиваційного аналізу температурних залежностей твердості сплавів. Значення n знаходили із відомої залежності:
c = A2nexp (-Qc/kT), (2)
де c швидкість повзучості на усталеній стадії, А2 константа, прикладене напруження.
За величиною n встановлено, що при 425С повзучість технічного титану протікає за низькотемпературним механізмом (рис.4а). З підвищенням температури всього на 25С спостерігається перехід до високотемпературного механізму (n = 5, повзучість контролюється дифузійними за природою процесами переповзання крайових компонент дислокацій). При 500С повернення зміцнення ВТ1-0 також відбувається дифузійним шляхом, механізм якого залежить від прикладених напружень. При низьких напруженнях n = 3, що характерно для розвитку деформації, контрольованої ковзанням дислокацій, які гальмуються домішковими атомами; при високих n = 5, тобто повзучість контролюється переповзанням крайових компонент дислокацій. Електронно-мікроскопічні дослідження підтвердили висновки щодо механізмів повзучості титану в різних температурно-силових умовах.
Зміну механізмів повзучості поблизу температури Тс спостерігали і на всіх досліджених сплавах. Так, повзучість () - сплавів ВТ6, ВТ3-1 (рис.4б) та псевдо- сплаву ВТ18У при 450С розвивається за низькотемпературним механізмом (n = 712, Qc < Qsd). При 500С на цих сплавах спостерігається зміна механізмів повзучості: при високих напруженнях повернення зміцнення, як і при 450С, є бездифузійним за природою (n великі), при низьких напруженнях дифузійним (n = 35). На псевдо- сплаві IMI 834 зміна механізму повзучості ще різкіша: повзучість розвивається за низькотемпературним механізмом аж до 600С, в той час як при 650С вона вже контролюється дифузійним поверненням (рис.5).
Проведені електронно-мікроскопічні дослідження показали, що при повзучості титанових сплавів важливу роль відіграють міжфазні границі. При високих температурах вони ефективно поглинають граткові дислокації, що призводить до знеміцнення матеріалу. Зі зменшенням температури дифузійна рухливість зменшується, процеси повернення на міжфазних границях сповільнюються, і біля цих границь утворюються дислокаційні скупчення. Показано, що ці скупчення можуть призводити до зниження температури початку перетворення внаслідок того, що біля них сегрегують легуючі елементи, які стабілізують -фазу.
Таким чином, можна зробити висновок, що у титані та його сплавах на протязі всього 50С в околі температури втрати міцності Тс відбувається різка зміна механізмів повзучості, пов'язана з активізацією дифузійних процесів у зв'язку з початком дифузійного творення. Як і у випадку короткочасної деформації, температури зміни механізмів повзучості не залежать від вихідної мікроструктури сплавів, а визначаються лише їх хімічним складом. Особливість титану полягає в тому, що у більшості інших металів перехід від низькотемпературного до високотемпературного механізму повзучості відбувається більш плавно і у значно ширшому температурному інтервалі.
Отримані результати дозволили співставити поведінку вивчених титанових сплавів при повзучості. Мінімальну швидкість повзучості при 500С мають псевдо- сплави ВТ18У, IMI 834 (рис.6). При низьких напруженнях IMI 834 має найменшу швидкість повзучості. Крім того, якщо на всіх інших сплавах перехід до повзучості, контрольованої високотемпературними механізмами, спостерігається вже при 500С, то сплав IMI 834 навіть при 600С деформується за низькотемпературним механізмом. Значна перевага сплаву IMI 834 у порівнянні з іншими, безумовно, пов'язана з його хімічним складом. В його складі менше -стабілізаторів, шкідливих домішок та більше кремнію, ніж, наприклад, в іншому псевдо- сплаві ВТ18У. Детальний механізм впливу легуючих елементів на повзучість цього сплаву, проте, до кінця не зрозумілий.
У п'ятому розділі аналізується вплив вихідної мікроструктури на жароміцність титанових сплавів.
Вивчення короткочасної деформації цих сплавів показало, що ШТО дозволяє значно підвищити їх міцність при температурах нижче Тс. В той же час міцність дрібнозернистої пластинчатої мікроструктури вище Тс падає швидше, ніж у стандартних мікроструктур, тому в області дії високотемпературного механізму деформації їх короткочасна міцність приблизно однакова.
На сплаві ВТ18У в області дії низькотемпературного механізму повзучості мінімальну швидкість деформації на усталеній стадії має мікроструктура після ШТО. На сплавах ВТ3-1 та IMI 834 швидкості усталеної повзучості при дії цього механізму близькі між собою. Проте при повзучості, яка контролюється дифузійним поверненням, мінімальну швидкість повзучості має крупнозерниста пластинчата мікроструктура, максимальну глобулярна/бімодальна; мікроструктура, сформована ШТО, займає проміжне положення.
При визначенні опору повзучості необхідно враховувати не тільки швидкість повзучості на усталеній стадії, а й початкову деформацію 0 та деформацію після завершення стадії неусталеної повзучості та на різних етапах усталеної повзучості, наприклад, після перших 25 годин 25 та після 100 годин повзучості 100. В табл.2 наведені такі дані для сплаву ВТ18У. Видно, що в області дії низькотемпературного механізму повзучості мікроструктура, сформована ШТО, має максимальний опір повзучості не тільки через мінімальну швидкість усталеної повзучості, а й за рахунок менших значень 0 та 25. Навіть на сплаві ВТ3-1 при 450С, в області дії низькотемпературного механізму, коли швидкість усталеної повзучості не залежить від вихідної мікроструктури, дрібнозерниста пластинчата мікроструктура має максимальний опір повзучості завдяки більшій міцності та, відповідно, меншій початковій деформації.
Таблиця 2. Вплив вихідної мікроструктури на опір повзучості сплаву ВТ18У.
|
Температура, С |
Мікроструктура |
Напруження, МПа |
0, % |
25, % |
100, % |
|
|
400 |
Глобулярна |
750 |
0,48 |
1,09 |
1,9 |
|
|
Крупнозерниста |
710 |
1,80 |
2,00 |
2,0 |
||
|
пластинчата |
||||||
|
Дрібнозерниста |
980 |
0,23 |
0,73 |
1,3 |
||
|
пластинчата |
||||||
|
450 |
Глобулярна |
500 |
0,08 |
0.45 |
1,2 |
|
|
600 |
0,09 |
0,92 |
3,2 |
|||
|
700 |
0,62 |
4,3 |
9,4 |
|||
|
Крупнозерниста |
550 |
0,58 |
0,88 |
1,3 |
||
|
пластинчата |
700 |
1,08 |
1,84 |
3,3 |
||
|
Дрібнозерниста |
700 |
0,1 |
0,26 |
0,4 |
||
|
пластинчата |
800 |
0,12 |
0,36 |
0,6 |
||
|
900 |
0,2 |
0,46 |
1,0 |
|||
|
500 |
Глобулярна |
400 |
0,18 |
1,32 |
2,9 |
|
|
500 |
0,12 |
2,49 |
6,8 |
|||
|
600 |
0,28 |
7,47 |
23 |
|||
|
Крупнозерниста |
400 |
0,08 |
0,31 |
0,4 |
||
|
пластинчата |
500 |
0,2 |
0,50 |
0,8 |
||
|
600 |
0,5 |
1,42 |
2,9 |
|||
|
Дрібнозерниста |
500 |
0,11 |
0,54 |
1,2 |
||
|
пластинчата |
600 |
0,15 |
0,82 |
2,3 |
Проте в області дії високотемпературного механізму деформації, незважаючи на те, що початкова деформація мінімальна після ШТО, найбільший опір повзучості має вже крупнозерниста пластинчата мікроструктура, с якої на усталеній стадії мінімальна. Таким чином, зміцнююча термічна обробка типу ШТО дозволяє підвищити жароміцність титанових сплавів при їх експлуатації нижче температури втрати міцності, в той час як вище цієї температури вплив вихідної мікроструктури на жароміцність даних сплавів залежить від параметрів навантаження та необхідного ресурсу експлуатації.
титановий сплав підвищена температура
Основні результати і висновки
1. В інтервалі 20-800С деформація титанових сплавів протікає за трьома різними механізмами і, відповідно, контролюється міждислокаційною взаємодією (низькі температури), є взаємодією дислокацій з атомами домішок (проміжні температури) та дифузійним поверненням (високі температури).
2. З переходом до високотемпературного механізму деформації пов'язане швидке падіння короткочасної міцності титанових сплавів, яке спостерігається, починаючи з деякої температури, умовно названу "температурою втрати міцності” (Тс).
3. На основі висунуто припущення про те, що зміна механізму деформації та падіння міцності в околі Тс пояснюється розвитком початкових стадій перетворення.
4. В технічно чистому титані, псевдо- та (+) - титанових сплавах у вузькому, приблизно 50 градусів, температурному інтервалі біля температури втрати міцності даних сплавів Тс відбувається різка зміна механізмів повзучості, яка зумовлена активізацією дифузійних процесів. Нижче Тс повзучість розвивається за низькотемпературним механізмом, який контролюється процесами бездифузійного повернення; вище Тс за високотемпературним механізмом, який контролюється процесами дифузійного повернення.
5. Перехід від низькотемпературного до високотемпературного механізму повзучості, який відбувається в околі температури Тс, призводить до значної втрати титановими сплавами опору повзучості.
6. Міжфазні границі відіграють важливу роль при повзучості титанових сплавів. В області дії високотемпературного механізму повзучості границі є ефективними стоками для надрівноважних дислокацій, сприяючи знеміцненню сплавів.
7. Температура зміни механізмів короткочасної деформації та повзучості Тс не залежить від вихідної мікроструктури сплаву, а визначається лише його хімічним складом.
8. В області дії низькотемпературних механізмів деформації та повзучості, тобто нижче температури Тс, швидкісна термообробка титанових сплавів забезпечує значно вищі короткочасну міцність та опір повзучості, ніж стандартні термообробки.
9. При температурах вище Тс вплив попередньої термообробки на жароміцність титанових сплавів залежить від параметрів навантаження та необхідного ресурсу експлуатації.
Основні результати дисертації опубліковані у роботах
1. Бондарчук В.И., Ивасишин О.М., Моисеева И.В., Окраинец П.Н., Пищак В.К. Ползучесть титановых сплавов в интервале температур 400-500С // Металлофизика и Новейшие Технологии. 1998. Т. 20, N4. C.76-82.
2. Бондарчук В.И., Ивасишин О.М., Моисеева И.В., Окраинец П.Н., Пищак В.К. Влияние исходного структурного состояния на ползучесть сплава ВТ3-1 // Металлофизика и Новейшие Технологии. 1998. Т. 20, N9. C.66-71.
O. M. Ivasishin, V.I. Bondarchuk, I. V. Moiseeva, P. N. Okrainetz, V. K. Pishchak. Temperature dependence of activation energy of deformation of near-, ( ) and near- titanium alloys // Металлофизика и Новейшие Технологии. 1999. Т.21, N2. C.117-121.
4. Бондарчук В.И., Ивасишин О.М., Моисеева И.В., Окраинец П.Н., Пищак В.К. Влияние скоростной термообработки на высокотемпературную деформацию жаропрочных титановых сплавов // Металлофизика и Новейшие Технологии 1999. Т.21, N5. C.60-68.
Анатоція
Бондарчук В.І. Високотемпературна повзучість титанових сплавів з різною мікроструктурою. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 фізика металів. Інститут металофізики НАН України, Київ, Україна, 1999.
Дисертація присвячена дослідженню високотемпературної деформації та повзучості титанових сплавів різного типу, включаючи технічно чистий титан ВТ1-0, псевдо-, () - та псевдо- сплави. Вивчено вплив вихідної мікроструктури та умов випробувань (напруження, температури) на жароміцність цих матеріалів. Показано, що в титанових сплавах існує деяка температура Тс (своя для кожного сплаву), при якій починається швидке падіння характеристик міцності та опору повзучості, викликане зміною механізму деформації. Ця зміна зумовлена активізацією дифузійних процесів, яка пов'язана з початковими стадіями розвитку у сплавах дифузійного перетворення. Вище температури Тс деформація титану та його сплавів контролюється процесами дифузійного повернення. Встановлено, що температура Тс не залежить від вихідної мікроструктури сплаву, а визначається лише його хімічним складом. При температурах нижче Тс швидкісна термічна обробка титанових сплавів забезпечує їх кращу жароміцність порівняно зі стандартними термічними обробками. Вище Тс вплив вихідної мікроструктури титанових сплавів на міцність та опір повзучості залежить від умов їх експлуатації.
Ключові слова: титанові сплави, мікроструктура, твердість, міцність, енергія активації деформації, механізм деформації, високотемпературна повзучість, механізм повзучості, опір повзучості, жароміцність.
Bondarchuk Vadim. High-temperature creep of titanium alloys with different microstructure. Manuscript.
The thesis for the degree of Candidate of physical and mathematical sciencies on speciality 01.04.13 Physics of Metals. Institute of Metal Physics, Kyiv, Ukraine, 1999.
The thesis is aimed at investigation of high-temperature deformation and creep of titanium alloys including commercial pure titanium VT1-0, near-, () - and near- alloys. The influence of an initial microstructure and testing conditions (stress, temperature) on high-temperature strength of these materials is studied. It is shown that there is some temperature Тс for titanium alloys, at which an abrupt decrease of their strength and creep resistance occurs. This decrease is caused by a change of deformation mechanism due to an activation of diffusional processes connected with the beginning of diffusional transformation. Above Тс the deformation of titanium and its alloys is controlled by a diffusional recovery. It is found that Tc does not depend on an initial microstructure of the peculiar alloy and is determined only by its chemical composition. Below Тс, rapid heat treatment of titanium alloys ensures higher high-temperature strength in comparison to standard heat treatments. Above Тс, influence of an initial microstructure of titanium alloys on strength and creep resistance depends on the conditions of their exploiting.
Key words: titanium alloys, microstructure, hardness, strength, activation energy of deformation, deformation mechanism, high-temperature creep, creep mechanism, creep resistance, high-temperature strength.
Бондарчук В.И. Высокотемпературная ползучесть титановых сплавов с различной микроструктурой. Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.13 физика металлов. Институт металлофизики НАН Украины, Киев, Украина, 1999.
Диссертация посвящена исследованию высокотемпературной деформации и ползучести титановых сплавов различного типа. Температуры практического применения жаропрочных титановых сплавов ограничены в настоящее время 500-600С. Причины низкой прочности и особенно сопротивления ползучести титановых сплавов выше 500С все еще требуют выяснения. Существует множество работ, посвященных изучению деформации и ползучести титана и его сплавов при повышенных температурах, тем не менее подавляющее их большинство носит прикладной характер. Однако для выяснения общих закономерностей поведения титановых сплавов при кратковременной деформации и ползучести необходимы комплексные, систематические исследования титановых сплавов, принадлежащих к различным классам. Подобные исследования необходимы также и для лучшего понимания влияния исходной микроструктуры на жаропрочность титановых сплавов.
Цель работы: комплексное изучение прочностных характеристик ряда титановых сплавов различной легированности при повышенных температурах и определение на основании полученных результатов основных закономерностей высокотемпературной ползучести этих сплавов.
Изучали технически чистый титан ВТ1-0, псевдо- сплавы ВТ18У, IMI 834, () - сплавы ВТ6, ВТ3-1, ВТ16 и псевдо- сплав ВТ22.
Прочностные характеристики титановых сплавов в широком интервале температур изучали с помощью методик измерения твердости и одноосного растяжения. Испытания на ползучесть проводили по стандартной методике. В работе использованы также методы оптической и электронной микроскопии, высокотемпературного дифференциального термического анализа.
С помощью термоактивационного анализа температурных зависимостей твердости титана и его сплавов установлено, что температурный интервал 20 800С можно разделить на три участка, деформация в которых протекает по различным механизмам. В области высоких температур деформация контролируется процессами диффузионного возврата. Обнаружено, что для титана и его сплавов существует температура Тс (своя для каждого сплава), в окрестности которой начинается быстрое падение их прочности, вызванное активизацией диффузионных процессов. Эта активизация в сплавах связана, вероятно, с началом диффузионного превращения. Показано, что температура Тс не зависит от исходной микроструктуры сплава и определяется лишь его химическим составом.
Установлено, что в окрестности температуры Тс в титане и его сплавах происходит смена механизмов ползучести, также вызванная активизацией диффузинных процессов. При температурах ниже Тс ползучесть титановых сплавов протекает по так называемому низкотемпературному механизму, при котором возврат упрочнения происходит бездиффузионным путем (поперечное скольжение винтовых дислокаций). Выше Тс для титана и его сплавов характерны высокотемпературные механизмы ползучести, при которых возврат контролируется диффузионными процессами (переползание краевых компонент дислокаций). С данной сменой механизмов связано значительное падение сопротивления ползучести титановых сплавов выше температуры Тс.
Показано, что упрочняющая термообработка титановых сплавов безусловно выгодна лишь при их эксплуатации ниже температуры Тс. В частности, ниже данной температуры скоростная термообработка позволяет значительно повысить кратковременную прочность и сопротивление ползучести титановых сплавов по сравненю со стандартными термообработками. Выше температуры Тс влияние предварительной термообработки на жаропрочность титановых сплавов неоднозначно и зависит от условий их эксплуатации.
Ключевые слова: титановые сплавы, микроструктура, твердость, прочность, энергия активации деформации, механизм деформации, высокотемпературная ползучесть, механизм ползучести, сопротивление ползучести, жаропрочность.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Зміни властивостей на передкристилізаційних етапах. Причини високої корозійної стійкості аморфних сплавів. Феромагнетизм і феримагнетизм аморфних металів. Деформація і руйнування при кімнатній температурі. Технологічні особливості опору аморфних сплавів.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.12.2013Вплив упорядкування атомів на електроопір сплавів. Вплив опромінення швидкими частинками на впорядкування сплавів. Діаграма стану Ag-Zn. Методика експерименту. Хід експерименту. Приготування зразків. Результати досліджень сплаву AgZn методом електроопору.
реферат [32,3 K], добавлен 29.04.2002Класифікація напівпровідникових матеріалів: германія, селену, карбіду кремнію, окисних, склоподібних та органічних напівпровідників. Електрофізичні властивості та зонна структура напівпровідникових сплавів. Методи виробництва кремній-германієвих сплавів.
курсовая работа [455,9 K], добавлен 17.01.2011Корозія - руйнування виробів, виготовлених з металів і сплавів, під дією зовнішнього середовища. Класифікація корозії та їх характеристика. Найпоширеніші види корозійного руйнування. Особливості міжкристалічного руйнування металів та їх сплавів.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 17.11.2010У багатьох металів і сплавів при температурах, близьких до абсолютного нуля, спостерігається різке зменшення питомого опору - це явище зветься надпровідністю. Особливість надпровідників в тому, що силові лінії магнітного поля обгинають надпровідник.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 17.12.2008Електрофізичні властивості гранульованих плівкових сплавів в умовах дії магнітного поля. Дослідження електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co, фазового складу та кристалічної структури. Контроль товщини отриманих зразків.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 08.07.2014Температурна залежність опору плівкових матеріалів: методика і техніка проведення відповідного експерименту, аналіз результатів. Розрахунок та аналіз структурно-фазового стану гранульованої системи Ag/Co. Аналіз небезпечних та шкідливих факторів.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 28.07.2014Основні властивості неупорядкованих систем (кристалічних бінарних напівпровідникових сполук). Характер взаємодії компонентів, її вплив на зонні параметри та кристалічну структуру сплавів. Електропровідність і ефект Холла. Аналіз механізмів розсіювання.
реферат [558,1 K], добавлен 07.02.2014Вивчення процесу утворення і структури аморфних металевих сплавів. Особливості протікання процесу аморфізації, механізмів кристалізації та методів отримання аморфних і наноструктурних матеріалів. Аморфні феромагнетики. Ноу-хау у галузі металевих стекол.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 09.05.2010Деформація - зміна форми чи об’єму твердого тіла, яка викликана дією зовнішніх сил. Залишкова деформація та межа пружності. Дослідження залежності видовження зразка капронової нитки від навантаження. Визначення модуля Юнга для капрону. Закон Гука.
лабораторная работа [80,5 K], добавлен 20.09.2008Розподільні пристрої (РУ) підвищених напруг електричних станцій. Вибір генераторів і блокових трансформаторів, розподіл генераторів між РУ. Варіанти схем РУ всіх напруг, провідників. Визначення втрат електроенергії від потоків відмов елементів схем.
курсовая работа [122,7 K], добавлен 16.12.2010Лінійна залежність між деформацією й механічними напруженнями в основі закону Гука. Види деформації, їх класифікація в залежності від поведінки тіла після зняття навантаження. Крива залежності напруження від деформації розтягу. Форма запису закону Гука.
реферат [110,4 K], добавлен 26.08.2013Физика низких температур. Низкотемпературные проблемы и возможности сжижения газов. Интенсивность тепловых движений. Свойства газов и жидкостей при низких температурах. Получение низких температур. Сверхтекучесть и другие свойства жидкого гелия.
курсовая работа [988,1 K], добавлен 16.08.2012Основні властивості пластичної та пружної деформації. Приклади сили пружності. Закон Гука для малих деформацій. Коефіцієнт жорсткості тіла. Механічні властивості твердих тіл. Механіка і теорія пружності. Модуль Юнга. Абсолютне видовження чи стиск тіла.
презентация [6,3 M], добавлен 20.04.2016Диапазон параметров приборов, дифференциальное сопротивление на участке стабилизации. Температурный коэффициент напряжения стабилизации, примеры практического применения прибора. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики при разных температурах.
курсовая работа [740,7 K], добавлен 21.02.2023Види пружних деформацій: розтяг, стиск, зсув, згин, кручення. Закон Гука. Пропорційність величини деформації прикладеним силам. Коефіцієнт сили пружності. Модулі пружності. Коефіціент Пуасона. Фізичний зміст модуля Юнга. Явище пружного гістерезису.
лекция [448,2 K], добавлен 21.09.2008Суть процесу формування верхнього шару металу в умовах пружної і пластичної деформації. Дослідження структурних змін і зарядового рельєфу поверхні при втомі металевих матеріалів. Закономірності формування енергетичного рельєфу металевої поверхні.
курсовая работа [61,1 K], добавлен 30.06.2010Газообразное состояние вещества. Молекулярно-кинетическая теория. Идеальный газ. Квантовая статистика при низких температурах. Уравнение Менделеева-Клайперона, Бойля-Мариотта, Гей-Люссака. Каноническое распределение Гиббса, Максвелла и Больцмана.
презентация [353,7 K], добавлен 22.10.2013Использование для силовых кабелей изоляции из современных полиолефиновых материалов, подвергаемых вулканизации. Ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления. Основные способы сшивания термопластичных материалов.
презентация [1,2 M], добавлен 07.11.2013Понятие и природа сверхпроводимости, ее практическое применение. Характеристика свойств сверхпроводников 1-го и 2-го рода. Сущность "теории Бардина-Купера-Шриффера" (БКШ), объясняющей явление сверхпроводимости металлов при сверхнизких температурах.
реферат [42,2 K], добавлен 01.12.2010
