Термодинамічна стійкість твердих розчинів заміщення на основі титану та її вплив на кристалічну будову мартенситу

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ ім. Г.В. КУРДЮМОВА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

спеціальність 01.04.13 - фізика металів

ТЕРМОДИНАМІЧНА СТІЙКІСТЬ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ЗАМІЩЕННЯ НА ОСНОВІ ТИТАНУ ТА ІЇ ВПЛИВ НА КРИСТАЛІЧНУ БУДОВУ МАРТЕНСИТУ

ШЕВЧЕНКО СЕРГІЙ ВАЛЕРІЙОВИЧ

Київ-1999

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Титанові сплави є одним з найважливіших конструкційних матеріалів завдяки їх високій питомій міцності та корозійній стійкості в агресивних середовищах. Вивчення фазових перетворень у титанових сплавах становить великий практичний інтерес, оскільки саме внаслідок розвитку таких перетворень при термічній обробці відбувається формування структурних станів із необхідними фізико-механічними характеристиками. Важливими легуючими компонентами титанових сплавів, які значною мірою зумовлюють їх структуру та властивості, є елементи, що стабілізують високотемпературну алотропічну модифікацію титану -фазу (-стабілізатори). Такими є, наприклад, молібден, ванадій, тантал та ніобій (-стабілізатори ізоморфного типу), а також залізо та хром (-стабілізатори евтектоідного типу).

На сьогодні ряд аспектів фазових перетворень у титанових сплавах ще не з'ясовано остаточно. В значній мірі це стосується кристалічної будови і механізму формування структури мартенситних фаз. Результатом мартенситного перетворення в бінарних сплавах титану з вказаними вище елементами при малих їх концентраціях є мартенситна -фаза із гексагональною щільно упакованою (ГЩУ) граткою. При досягненні певної критичної концентрації можливе порушення співвідношень параметрів ГЩУ гратки і виникнення орторомбічного, так званого -мартенситу. Такий перехід від - до - мартенситної фази є унікальним у тому розумінні, що його характеризує поступова зміна багатьох фізичних характеристик мартенситної фази. Орторомбічний мартенсит утворюється в сплавах титану з ізоморфними -стабілізаторами, в той час як у сплавах титану з евтектоідоутворюючими елементами мартенситна фаза, як правило, зберігає ГЩУ гратку в усьому діапазоні концентрацій легуючого елементу.

На початок роботи над дисертацією дані про кристалогеометричні характеристики фаз, що виникають у процесі мартенситного перетворення, були багато в чому суперечливі. Неповними були дані про термодинамічні характеристики фаз у бінарних системах, основою яких є титан. Природа орторомбічної симетрії -мартенситу залишалась дискусійною. Була відома схема формування орторомбічного мартенситу, запропонована Багаряцьким із співробітниками, згідно якої орторомбічний мартенсит є результатом незавершеного зсуву атомних площин при ОЦК-ГЩУ перетворенні. Причини подібної незавершеності залишалися, проте, нез'ясованими. З іншого боку, були відомі електронномікроскопічні дослідження Г. Флауера та ін. про існування дисперсних модульованих структур в орторомбічному мартенситі декількох бінарних систем, проте їх формування автори звязували не з причинами, а з наслідками утворення орторомбічної гратки мартенситу. Слід відмітити, що формування таких модульованих структур може бути одним з перспективних шляхів покращення механічних властивостей титанових сплавів.

Результати дослідження Флауера, що вперше показали існування просторово модульованих (по концентрації легуючого елемента) структур у мартенситі, послужили поштовхом для побудови моделі орторомбічного мартенситу Івасишина та Косенко. Вони показали, що у випадку формування в ГЩУ твердому розчині просторово модульованої структури пружна взаємодія когерентно поєднаних збіднених і збагачених (що відрізняються, відповідно, параметрами гратки) її складових, призводить до їх локальних статичних деформацій, у результаті яких розподіл інтенсивностей на рентгенограмах набуває вигляду, характерного для орторомбічної гратки. Таким чином, проблема формування орторомбічного мартенситу зводиться до проблеми стійкості ГЩУ твердого розчину до фазових перетворень типу спінодального розпаду та атомного впорядкування, що можуть бути причиною формування таких структур. Для вирішення цієї проблеми в даній роботі вперше використано підхід, який базується на теоретичному дослідженні термодинамічної стійкості твердих розчинів заміщення на основі титану щодо розвитку фазових перетворень, здатних вплинути на кристалічну структуру мартенситних фаз.

Мета роботи полягає у визначенні концентраційно-температурних областей стабільності ГЩУ і ОЦК твердих розчинів титану ізоморфного та евтектоідного типів по відношенню до ізоструктурних фазових перетворень (розпад за спінодальним механізмом, виникнення дальнього порядку, тощо), а також їх можливого впливу на кристалічну будову мартенситних фаз. У відповідності до поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

1. Отримати дані про енергетичні параметри взаємодії атомів заміщення в ГЩУ та ОЦК бінарних твердих розчинах і проаналізувати на їх основі можливість виникнення в таких розчинах просторових модуляцій концентрації атомів заміщення.

2. Встановити концентраційно-температурні області термодинамічної стійкості ГЩУ та ОЦК бінарних твердих розчинів на основі титану та, виходячи з цього, дати пояснення окремим деталям фазових діаграм титанових сплавів.

3. Вивчити вплив ступеню орторомбічності мартенситу на його кристалогеометричні параметри, такі як орієнтація габітусної площини кристалів мартенситу, а також відносна об'ємна частка доменів з двійниковою орієнтацією в границях кристалу мартенситу.

Наукова новизна роботи. У роботі вперше отримано такі результати:

1. Встановлено функції просторового розподілу атомів заміщення та типи надструктур для сплавів титану з ніобієм, молібденом, хромом, танталом, залізом, формування яких є термодинамічно найвигіднішим на початкових стадіях впорядкування чи розпаду ГЩУ та ОЦК фаз.

2. Показано, що деформаційно-зумовлена складова енергії взаємодії атомів заміщення в ГЩУ мартенситі є суттєвою з точки зору термодинамічної поведінки твердого розчину і складає до 0.2 0.6 еВ/атом.

3. Встановлено концентраційно-температурні області термодинамічної стійкості ОЦК та ГЩУ твердих розчинів по відношенню до ізоструктурних фазових перетворень для сплавів титану з молібденом, ніобієм, танталом, залізом та хромом. Показано, що для сплавів евтектоідного типу, на відміну від сплавів ізоморфного типу, втрата стабільності повинна відбуватись за дуже низьких температур, що робить практично неможливим перехід до термодинамічно рівноважних станів.

4. Встановлено можливість існування трикритичної точки на рівноважних діаграмах стану сплавів титану з танталом, ванадієм та хромом, визначено відповідні температури та концентрації.

5. Показано, що в бінарних сплавах титану з -стабілізаторами існує залежність відносної об'ємної частки доменів з двійниковою орієнтацією в границях кристалу мартенситу, від концентрації -стабілізатора, причому збільшення цієї частки з концентрацією може мати своїм наслідком монодоменізацію мартенситних кристалів.

6. Встановлено рівноважні положення габітусних площин мартенситу в залежності від вмісту -стабілізаторів. Передбачено та експериментально підтверджено аномальну для титанових сплавів зміну положення габітусних площин від полюса {443} до полюса {413} в сплавах титану з ніобієм при збільшенні вмісту ніобію.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені в рамках роботи теоретичні дослідження термодинамічних властивостей і структурних особливостей бінарних твердих розчинів на основі титану дозволяють зрозуміти закономірності ізоструктурних фазових перетворень у високотемпературній та мартенситній фазах у титанових сплавах. Отримані дані про концентраційно-температурні межі стабільності окремих ізоструктурних станів відкривають можливість оптимізації режимів термічної обробки титанових сплавів.

Одержані в дисертаційній роботі результати можуть бути використані в дослідженнях, що мають за мету цілеспрямовану зміну мікроструктури титанових сплавів з метою покращення їх механічних властивостей.

Особистий внесок здобувача В дисертаційній роботі узагальнено результати досліджень, проведених при безпосередній участі автора, особистий внесок якого полягає у проведенні розрахунків термодинамічних властивостей та структурних особливостей бінарних твердих розчинів на основі титану, а також ряду кристалогеометричних параметрів цих сплавів, встановленні закономірностей впливу температурно-концентраційних факторів на характер фазових перетворень у бінарних титанових сплавах.

Шевченко С.В. приймав безпосередню участь в обговоренні та написанні статей.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на:

1. ICOMAT'95 International Conference on Martensite, Lausanne, Switzerland, 1995.

2. Coкиpнe-95, 3-й Чepкaccкий ceминap cтpaн coдpyжecтвa "Aктyaльныe вoпpocы диффyзии, фaзoвыx и cтpyктypныx пpeвpaщeний в cплaвax, Чepкaccы, 1995.

3. DIFTRANS'98 International workshop "Diffusion and diffusional phase transformations in alloys, Cherkasy,1998.

4. Пopядoк в мeтaллax и cплaвax, Meмopиaльный cимпoзиyм в чecть aкaдeмикa A.A. Cмиpнoвa, Kиeв, 1998.

5. Kurdyumov Memorial International Conference on Martensite, Moscow, Russia, 1999.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в Інституті металофізики НАН України в рамках бюджетної теми №01964018946 та проекту УНТЦ №51.

Публікації.Основні результати дисертаційної роботи викладено в 5 наукових публікаціях (статтях), перелік яких наведений в кінці автореферату.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п'ятьох розділів, загальних висновків, одного додатку та списку використаних літературних джерел.

Обсяг рукопису - 133 сторінки друкованого тексту, в тому числі 29 малюнків, 11 таблиць, один додаток, список використаних літературних джерел - 113 найменувань.

Методологія досліджень. В роботі використано мікроскопічну атомну модель твердого розчину та відповідну неконтинуальну теорію взаємодії точкових дефектів проникнення та заміщення в пружно-анізотропних кристалах, застосовано метод статики гратки (розрахунків Фур'є-компонентів координатних залежностей силових та геометричних величин), який дозволяє врахувати ефекти, пов'язані з анізотропією пружних властивостей кристалу. Для теоретичного аналізу кристалографічних параметрів мартенситних фаз використано метод мінімізації пружної енергії, яка виникає при формуванні пластин мартенситу всередині матриці вихідної фази. Для експериментального визначення орієнтацій площин габітусу мартенситу використано методи електронної мікроскопії (слідовий аналіз).

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі роботи, стисло викладені головні результати дослідження, показано їх наукову новизну та практичну цінність, сформульовано висновки за результатами дисертаційної роботи.

У першому розділі наведено огляд літератури, присвяченої фізичній природі ізоструктурних фазових перетворень в бінарних твердих розчинах і експериментальним даним про характер таких перетворень в титанових сплавах, проаналізовано кристалогеометричні особливості утворення мартенситних фаз в цих системах.

Показано, що основною особливістю мартенситного перетворення в титанових сплавах є істотна залежність кристалографії, морфології і субструктури його продуктів від вмісту легуючого елементу. Мартенсит з орторомбічною граткою утворюється в сплавах титана з ізоморфними -стабілізаторами в тих випадках, коли відмінність їх атомних розмірів від розмірів атому титану незначна. Проте і при легуванні елементами, що допускають утворення -мартенситу, це відбувається лише при досягненні певної мінімально необхідної концентрації легуючих елементів.

Проаналізовано експериментальні дані щодо орієнтації площини габітусу і характеристик внутрішньої структури пластин -мартенситу в сплавах титану з -стабілізаторами. В літературі є дані про те, що в зразках того самого сплаву можуть одночасно існувати мартенситні пластини з двома різними системами габітусних площин: {334} і {344}. В інших роботах повідомляється тільки про існування орієнтування габітусних площин типу {344}. Електронно-мікроскопічні дослідження внутрішньої структури -мартенситу показують наявність як двійників, так і дислокацій і дефектів пакування, що не дозволяє однозначно відповісти на питання про вид деформації з інваріантною граткою. Суперечливими є і відомості про системи двійникування. Систематичних даних про об'ємну частку двійникових доменів в мартенситі та її концентраційну залежність в літературі не наведено.

Проаналізовано різні гіпотези про механізм переходу від - до -мартенситу, від моделі Багаряцького про -мартенсит як результат незавершеного зсуву атомів, необхідного для перебудови ОЦК ГЩУ, до моделі Івасишина та Косенко про орторомбічне спотворення кристалічної гратки внаслідок пружної взаємодії когерентно поєднаних збіднених і збагачених складових модульованої структури, яка виникає при розпаді гексагонального твердого розчину.

Розділ завершується висновками та постановкою задачі дослідження.

Другий розділ присвячено розрахунку та аналізу параметрів міжатомної взаємодії в бінарних ГЩУ твердих розчинах заміщення на основі титану. За модель твердого розчину обирали розупорядковану фазу слабкого твердого розчину Ti-Me з атомами Me і Ti, макроскопічно однорідно і випадково розподіленими по вузлах “середньої” ГЩУ-гратки (обєм якої складав , де Nи. с. - число елементарних комірок із параметрами ap і cp, для вихідного, “бездомішкового” ГЩУ-Ti). До такого твердого розчину можна застосувати модель двокомпонентного розчину заміщення, запропоновану Хачатуряном, і, отже, скористатися статистико-термодинамічним описом розупорядкованого твердого розчину, для якого відомі енергії “змішування” - параметри “міжіонних” взаємодій (r) (r) + (r) - 2 (r), де (r), (r), (r) - відповідно енергії ефективної “парної” взаємодії іонів Me-Me, Ti-Ti і Me-Ti відстань між якими r = R- R+--rp---rp, де R і R - радіуси-вектори відповідних примітивних елементарних комірок, а rp і rp - радіуси-вектори вузлів примітивної елементарної комірки ГЩУ гратки: r1 = 0, r2 = (ap/2; ap/(2 ); cp/2).

Відповідно до теорії Хачатуряна, для того, щоб з'ясувати можливий характер фазового перетворення, достатньо знайти Фур'є-компоненти енергій “змішування” (r), які позначимо як (k), для пар атомів, що займають підгратки заміщення p і p. Неаналітична функція (k) може набувати як позитивних, так і негативних значень в 1-й зоні Бріллюена (BZ) оберненого простору ГЩУ-кристалу. У тому випадку, якщо абсолютний (причому, негативний) мінімум для “нижньої” (w--=“- ”) гілки власних значень L_w(k) (w--=“±”) матриці || (k)|| потрапляє в одну з симетрійних точок на поверхні BZ, по всьому об'єму твердого розчину повинно відбуватись атомне впорядкування. Якщо ж цей мінімум знаходиться в будь-якій іншій точці BZ k_min № 0, то структуроутворення повинно супроводжуватися періодичною модуляцією короткоперіодного розподілу атомів. Якщо від'ємний абсолютний та локальний(ні) (однобічний(ні)) мінімум(и) спостерігаються в центрі BZ, то в системі може відбуватися спінодальний розпад. Відсутність від'ємних мінімумів функції L--_-(k) по всій BZ свідчить про стійкість однофазного невпорядкованого твердого розчину по відношенню до фазових перетворень типу атомного впорядкування чи розпаду.

Схема розрахунку Фур'є-компонентів включала визначення як деформаційно зумовленої, так і "електрохімічної" складових міжатомної взаємодії. Для атомів домішки заміщення:

(R - R')= (R - R')+ (R - R') (1)

(k)= (k)+ (k).(2)

Було використано наявні експериментальні дані про модулі анізотропної пружності CIJ, а також про концентраційно-температурні залежності модулів і параметрів кристалічної гратки сплавів. При розрахунку "електрохімічної" складової використані напівемпіричні даних про параметри центрально-симетричних потенціалів типу Борна-Майєра.

На рис.1 показані залежності власних значень матриці Фур'є-компонент енергій змішування L--w(k) вздовж основних симетрійних напрямків у 1-й BZ для евтектоідних (Ti-Fe, Ti-Cr), а на рис. 2 - для ізоморфних (Ti-Mo, Ti-Nb, Ti-Ta) систем. Структура 1-ї BZ для ГЩУ кристалічної гратки наведена на рис. 3. Як видно з рис. 1 та 2, наявність абсолютних (негативних) мінімумів власних значень матриці Фур'є-компонент енергій взаємодії свідчить про те, що в усіх проаналізованих твердих розчинах можливе атомне впорядкування з утворенням просторових модуляцій, відповідно вздовж напрямків ГК для евтектоідних систем і ГМ для ізоморфних систем. Обидва напрямки, ГК і ГМ, лежать у базисній площині, що вказує на можливість модуляцій у розподілі атомів саме в базисній площині. Це свідчить про можливість атомного впорядкування в відповідних системах, тобто впорядкування пройде за різними структурними типами, нестійкими по відношенню до поділу на антифазні ізоструктурні домени, з довгоперіодичним розподілом антифазних меж вже в однофазному стані. Для ізоморфних систем прогнозується розподіл одного з типів:

, ( ), (3)

, ( ), (4)

( ); (5)

(де Cst - стехіометричне значення концентрації; h--1, …, h5 і h - параметри далекого порядку відповідних типів).

В той же час, для евтектоідних систем:

( ). (6)

Реалізація модульованого впорядкованого атомного розподілу типу (6) не призводить до зміни гексагональної симетрії кристалічної гратки титану, в той час розподіли (3-5) стимулюють орторомбічні спотворення. Це узгоджується з уже згадуваними експериментальними спостереженнями, відповідно до яких орторомбічний a---мартенсит утворюється тільки в ізоморфних системах.

Аналіз отриманих даних про параметри міжатомної взаємодії показує, що, всупереч попереднім оцінкам, деформаційно зумовлена складова повної енергії взаємодії атомів твердого розчину заміщення для ГЩУ гратки може бути суттєвим. При цьому для систем ізоморфного типу він приблизно в 24 рази більший, ніж для евтектоідних, і складає ~ 0,20,6 еВ/атом.

Третій розділ присвячено розрахункові та аналізові параметрів міжіонної взаємодії в бінарних ОЦК твердих розчинах заміщення на основі -титану. Було використано ті ж методи розрахунку, що і у попередньому розділі, з урахуванням іншої симетрії кристалічної гратки розчинника - титану. Результати представлено на рис. 4., а на рис. 5 представлено структуру 1-й BZ ОЦК гратки.

Показано, що поведінка домішкової підсистеми ОЦК твердого розчину заміщення визначається, в основному, “електрохімічною” складовою енергії взаємодії домішкових атомів у b-Ti.

Характер конфігураційних залежностей взаємодії атомів заміщення в ізоморфних і евтектоідних системах однаковий: абсолютні (негативні) мінімуми Фур'є-компонентів енергій “змішування” лежать у високосиметричній точці H на поверхні BZ (рис. 4), що свідчить про нестійкість цих сплавів до атомного впорядкування згідно:

, (7)

(стехіометричний склад cst =1/2, h1 параметр дальнього порядку).

Фур'є-компоненти енергій “змішування” для всіх проаналізованих систем мають також негативний “локальний” мінімум у центрі BZ (точка ). Близькість значень абсолютних локальних мінімумів Фур'є-компонентів енергій “змішування” дозволяє припустити, що за певних умов (наприклад, при стимулюючому впливі домішок проникнення) спінодальний розпад може бути первинним. Саме цим можна пояснити розбіжність експериментальних даних щодо характеру перетворення у високотемпературній ОЦК-фазі.

Охолодження впорядкованого сплаву (із наявною надструктурою) і вмістом легуючого елементу нижче cst, при деякій, залежній від хімічного складу, температурі, повинно супроводжуватися повторними фазовими перетвореннями, такими як вторинне впорядкування або спінодальний розпад. Зазначена можливість спінодального розпаду високотемпературної -фази в сплавах Ti із -стабілізаторами узгоджується з деякими експериментальними спостереженнями, проте залишається відкритим питання про виникнення модульованих структур при розпаді і можливому успадкуванні їх мартенситними фазами.

Четвертий розділ дисертації присвячено термодинамічному аналізові бінарних твердих розчинів заміщення на основі титану. Власним результатам передує короткий огляд розвинутої Хачатуряном теорії бінарних твердих розчинів у частині, що стосується визначення концентраційно-температурних меж існування рівноважних станів, розрахунку областей стабільності ОЦК та ГЩУ твердих розчинів на основі титану, а також аналізу можливостей вторинного розпаду/впорядкування повністю впорядкованих ОЦК твердих розчинів.

Визначення меж стійкості ОЦК твердих розчинів на основі титану у роботі проводилось на основі критерію втрати стабільності:

. (8)

Для ГЩУ твердих розчинів критерій (8) було модифіковано для випадку складної кристалічної гратки, що містить дві вузельні підгратки:

. (9)

Тут - Фур'є-компоненти енергій “змішування” в точці абсолютного мінімуму (для виразу (9) - абсолютного мінімуму нижньої гілки власних значень матриці Фур'є-компонент енергій “змішування”), що є функцією температури та концентрації. Температура можливого вторинного ізоструктурного перетворення для випадку ОЦК твердого розчину визначалась як:

. (10)

Об'єднані рівноважні діаграми стійкості твердих розчинів у сплавах різних систем, наведено на рис. 6. Проведено аналіз отриманих діаграм, з якого можна зробити основний висновок, що температурно-концентраційні межі стійкості ГЩУ твердих розчинів ізоморфного та евтектоідного типів до ізоструктурних перетворень суттєво різняться: в першому випадку втрата стійкості відбувається при відносно високих температурах, тоді як ГЩУ тверді розчини евтектоідного типу зберігають стійкість до настільки низьких температур, що впорядкування або розпад твердого розчину стають практично неможливі внаслідок низької дифузійної рухливості атомів. У впорядкованих ОЦК твердих розчинах деяких систем (Ti-Ta, Ti-V, Ti-Cr) можливий вторинний розпад за спінодальним механізмом, розрахунки показали також можливість існування трикритичної точки на рівноважних діаграмах стійкості вказаних розчинів.

П'ятий розділ має за мету аналіз кристалогеометричних параметрів орторомбічного мартенситу, а також природи його монодоменізації при збільшенні вмісту легуючого елементу. Запропонована в даній роботі модель орторомбічного мартенситу у формі плоскопаралельної полідоменної пластини відповідає реальній формі мартенситних кристалів. При умові нехтування енергією мікроспотворень, що виникають у місцях виходу доменів на міжфазну границю, вираз для пружної енергії, що виникає на поверхні пластини мартенситу представлено наступним чином:

, (11)

де - тензор ефективних анізотропних модулів пружності:

, (12)

що є функцією орієнтації площини габітусу n та анізотропних модулів пружності пластини мартенситу в напруженому стані , - тензор середньої макроскопічної власної деформації пластини мартенситу. В моделі прийняті наближення про те, що анізотропні модулі пружності пластини мартенситу та анізотропні модулі пружності сплаву рівні, а середня макроскопічна власна деформація пластини мартенситу визначається як:

,(13)

Введення середньої власної деформації (13), яке виправдано малістю лінійних розмірів доменів у двійниковій орієнтації в порівнянні з лінійними розмірами пластини мартенситу, дозволяє скористатися критерієм нульового значення пружньої енергії (при рівноважній орієнтації площини габітусу), пов'язаної із когерентним спряженням кристалічних граток мартенситу та матриці. Мінімізація (11) за параметрами a----та n дозволяє отримати їх рівноважні значення. Результати розрахунків наведено на рис. 7 та 8.

Очевидною є різниця в характері змін кристалографічних параметрів систем Ti-Mo і Ti-Ta та, з іншого боку, Ti-Nb. Якщо результати розрахунку для перших практично підтвердили наявні експериментальні дані (в тому числі, і результати Крістіана про можливість монодоменізації в сплавах Ti-Ta), то для сплавів системи Ti-Nb передбачена аномальна зміна параметрів із ростом концентрації ніобію, а саме: незалежність частки двійникових доменів від концентрації (рис. 7) та незвичайні для титанових сплавів оріентації габітусних площин при високих концентраціях ніобію (рис. 8). Контрольний експеримент підтвердив результати розрахунків (рис. 9).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

твердий розчин титан ізоморфний температурний

Одержані в роботі результати дозволяють зробити наступні висновки:

1. Показано, що ГЩУ твердий розчин у сплавах титану з ніобієм, молібденом, танталом, залізом та хромом є нестійким по відношенню до атомного впорядкування із формуванням антифазних ізоструктурних доменів, причому розміщення атомів у цих системах повинно бути модульованим у площині базису, проте вздовж різних напрямків для сплавів ізоморфного та евтектоідного типів. Для перших характер модуляції є таким, що сприяє появі орторомбічних спотворень кристалічної гратки.

2. Встановлено типи надструктур, формування яких на початкових стадіях впорядкування або розпаду високотемпературної ОЦК -фази є термодинамічно найвигіднійшим.

3. Показано, що деформаційно-зумовлена складова енергії взаємодії атомів заміщення в ГЩУ твердому розчині є суттєвою з точки зору його термодинамічної стійкості і складає до 0.2 - 0.6 еВ/атом за абсолютною величиною. Ha пізніших стадіях ізоструктурного фазового перетворення роль деформаційно-зумовленої складової може стати визначальною, що повинно призводити до розпаду твердого розчину за спінодальним механізмом.

4. Встановлено температурно-концентраційні області стабільності ОЦК та ГЩУ твердих розчинів титану з молібденом, ніобієм, танталом, залізом і хромом. Показано, що для сплавів евтектоідного типу, на відміну від сплавів ізоморфного типу, втрата стійкості повинна відбуватись за дуже низьких температур, що робить перехід до рівноважного стану практично неможливим.

5. Встановлено можливість існування трикритичної точки на рівноважних температурно-концентраційних діаграмах стійкості сплавів титану з танталом, ванадієм та хромом.

6. Встановлено, що в бінарних сплавах титану з -стабілізаторами існує залежність відносної об'ємної частки доменів, що мають двійникові орієнтації в границях кристалу мартенситу, від концентрації -стабілізатора, причому збільшення частки доменів з певною орієнтацією з концентрацією може мати своїм наслідком монодоменізацію пластин мартенситу.

7. Розраховані рівноважні положення габітусних площин мартенситу в залежності від вмісту -стабілізаторів. Передбачена та експериментально підтверджена аномальна для титанових сплавів зміна оріентацїї габітусних площин від полюса {443} до полюса {413} в сплавах титану з ніобієм при збільшенні вмісту ніобію.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ

1. Ивасишин О.М., Косенко Н.С., Шевченко С.В. Кристаллогеометрические параметры "-мартенсита в бинарных сплавах титана с -стабилизирующими элементами // Металлофизика и новейшие технологии. - 1995. - Т. 17, №7. - С. 62-68. (Исправления к рис. 3. // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - Т. 20, №4. - С. 82.).

2. Ivasishin O.M., Kosenko N.S., Shevchenko S.V. Crystallographic Features of "-Martensite in Titanium Alloys // Journal de Physique IV, Colloque C8. - 1995, - V. 5, P. C8-1017 - C8-1022.

3. Ивасишин О.М.., Косенко Н.С., Шевченко С.В., Татаренко В.А., Цинман К.Л. Деформационное и "электрохимическое" взаимодействия -стабилизирующих атомов замещения в ГПУ-титановых сплавах // Металлофизика и новейшие технологии. - 1997. - Т. 19, №1. - С. 8-18.

4. Ивасишин О.М., Косенко Н.С., Шевченко С.В., Татаренко В.А. Взаимодействие и распределение атомов в сплавах замещения на основе ОЦК-титана // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - Т. 20, №8. - С. 60-66.

5. Ивасишин О.М., Косенко Н.С., Шевченко С.В., Татаренко В.А. Т-с области фазовой неустойчивости ГПУ- и ОЦК-однородных твердых растворов замещения на основе титана // Металлофизика и новейшие технологии. - 1999. - Т. 21, №2. - С. 71-77.

Размещено на Allbest.ru