розділ 2
Основні методичні аспекти роботи
2.1. Характеристика досліджуваних сплавів
Титанова промисловість випускає значну кількість сплавів, які відрізняються не
лише наявними легуючими елементами та їх кількісним складом, але й
структурно-фазовим станом при кімнатній температурі (a-фаза, b-фаза, суміш a- і
b- фаз). Дослідження титанових сплавів різних структурно-фазових станів дасть
можливість всесторонньо вивчити вплив структурних особливостей на процес
формування модифікованих шарів. Тому для оцінки впливу фазового складу на
характер взаємодії з вуглецькисневмісним середовищем дослідження проводили на
зразках різних промислових титанових сплавів a-, псевдо- a-, (a+b)- класу,
хімічний склад яких наведений в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Хімічний склад промислових титанових сплавів (ГОСТ 19807-74), % мас. [5]
Марка
сплаву
Легувальні
елементи
Домішки, не більше
С
Fe
Si
ВТ1-0
0,07
0,20
0,10
0,12
0,04
0,01
ОТ4
3,5...5,0 Al; 0,8...2,0 Mn
0,10
0,30
0,15
0,15
0,05
0,012
ВТ14
3,5...6,3 Al; 2,5...3,8 Mo;
0,9...1,9 V
0,10
0,30
0,15
0,15
0,05
0,015
До a- сплавів відноситься нелегований титан ВТ1-0, структура якого після
деформації та відпалу являє собою a-фазу, а вміст домішок у ньому є у межах
розчинності в a-фазі. Характерною особливістю a- сплавів є їх висока термічна
стабільність, хороша зварюваність, нечутливість до зміцнюючої термічної
обробки, помірна міцність за високої пластичності.
Псевдо- a-сплави, зокрема ОТ4, містять, крім a- стабілізаторів,
b? стабілізатори у кількості, що не набагато перевищує межу їх розчинності
в a- фазі (до 2...4 мас. %). Сплав ОТ4 за помірної міцності має задовільну
пластичність у холодному стані при листовому штампуванні, а також високу
корозійну тривкість у більшості агресивних середовищ, аналогічно технічному
титану.
Двофазні (a+b)- сплави мартенситного типу містять значну кількість
b? стабілізуючих елементів, але не вище критичної концентрації. До цієї групи
відносяться сплави ВТ6, ВТ14, ВТ16, ВТ22, ВТ23. Сплав ВТ14 містить невелику
кількість b- стабілізуючих елементів (Kb = 0,35), зміцнюється шляхом термічної
обробки. У стабілізованому стані сплав містить ~10% b- фази, а після гартування
з температури близької до критичної - ~37%. Відпал сплаву ВТ14 проводять для
надання йому підвищеної пластичності і помірної міцності та жароміцності.
Механічні властивості і області застосування досліджуваних промислових
титанових сплавів наведені в таблиці 2.2.
Для насичення використовували зразки промислових титанових сплавів розмірами
10ґ15ґ1 мм, вирізаними з листового матеріалу. У стані постачання, як результат
прокатування і травлення, листи титанових сплавів мають поверхневий дефектний
шар, який перед дослідженнями знімали шляхом механічного полірування з
використанням абразивного паперу та алмазних паст (до № 5/3). Безпосередньо
перед насиченням зразки промивали у бензині, ацетоні, спирті, а згодом
висушували.
Для механічних випробувань використовували зразки малих розмірів, розроблені в
ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАНУ [84], що дозволило забезпечити ідентичність умов
хіміко-термічної обробки великої кількості зразків, підвищивши тим самим
достовірність одержаних результатів. Зразки виготовляли методом штампування,
після чого знімали технологічний припуск (1 мм на сторону), обпилюючи і
зачищаючи дрібним абразивним папером
Таблиця 2.2
Механічні властивості титанових сплавів (ГОСТ 22178-76) [5, 85]
Марка
сплаву
Основні механічні властивості
Область
застосування
Вид напів-фаб-рикату
sВ,
МПа
s0,2, МПа
d, %
y, %
KCU, МДж/м2
ВТ1-0
294...441
245
25
60
1,18
В конструкціях, що не вимагають підви-щеної міцності від -253 до 150 оС
Листи, прутки,
дріт
ОТ4
845
865
14,4
32
0,8
Для зварних конят-рукцій, що працюють при підвищених температурах (до 350 оС),
а також елементів конструкцій хімічної промисло-вості
Листи, прутки, поковки, профіль
ВТ14
883...1030
873
10
20
0,4
Конструкції і деталі, що експлуатуються при темпера-турах до 350 оС
Поковки, прутки, листи
(нульового розміру) у шаблонах із твердого сплаву ВК6. З міцнісних
характеристик визначали тимчасовий опір руйнуванню (sв), умовну межу текучості
(s0,2) та відносне видовження (d) при одновісному розтязі зразків після
насичення. Дослідження здійснювали на розривній машині РМ-1, створеній у ФМІ
НАН України [84]. Швидкість розтягу складала 0,03 мм/с.
2.2. Насичення титанових сплавів у вуглецькисневмісному середовищі
Для насичення зразків титанових сплавів із вуглецькисневмісного середовища
в якості джерела вуглецю використовували порошок графіту електродного марки МГ
та активоване вугілля, кисню – динамічний вакуум 1,3Ч10-3…133,3 Па, статичне
середовище (0,1 МПа) диоксиду вуглецю (ГОСТ 8050-85), аргону високої чистоти
(ГОСТ 10157-79), а також повітря. Режим насичення характеризували такими
параметрами, як температура, тривалість, парціальний тиск кисню ().
Установка для термічної обробки у вакуумі та контрольованих газових середовищах
(рис. 2.1) складається з наступних частин: електропечі СШОЛ?1.1.6/12 (I),
ампули зі зразками і графітом (1), у якій вакуум контролюється манометричними
датчиками ЛТ-2 та ПМИ-2 (2) і вакуумметром ВИТ-1 (3); системи напуску газів
(II), вакуумної системи (III) і відстійної системи (IV). Температура печі
вимірюється платино-платинородієвою термопарою через переносний потенціометр
ПП-63. Система напуску газів (II) складається з балону з газом (4) та вентилів
ДУ-10 (5).
Напускання газу або створення розрідженої динамічної атмосфери здійснюється за
допомогою вакуумної системи (III). Вакуум в ампулі ство
- Київ+380960830922