Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Сплави на основі алюмінідів титану



 

З проміжних фаз, що утворюються в системі Ti-Al, найбільший практичний інтерес представляють алюмініди Ti3Al та TiAl. Інтерметалід Ti3Al (a2-фаза) являє собою надструктуру на основі a-фази, в якій атоми титану та алюмінію розташовані впорядковано. Пластичність інтерметаліду Ti3Al мала. Істотне підвищення пластичності забезпечується шляхом створення дрібнозернистої структури за рахунок термомеханічного оброблення або методів порошкової металургії. В області крихкого руйнування (при 400°С) відносне подовження інтерметаліду Ti3Al з дрібним зерном досягає 3,2%, а при переході до в’язкого руйнування (600-650°С) відносне подовження зростає з 15% до 45%. Інтерметалід Ti3Al при малій швидкості деформації (5*10-4 с-1) виявляє при 1000°С ознаки надпластичності (d»120%). Механічні властивості алюмініду Ti3Al можуть бути покращені легуванням гафнієм, молібденом, ніобієм, танталом, ванадієм, вольфрамом, цирконієм та деякими іншими елементами. Найкращі результати забезпечуються легуванням алюмініду Ti3Al ніобієм, так, що система Ti3Al – Nb є базовою при розробці сплавів на його основі. До системи Ti3Al – Nb відносяться зарубіжні сплави: промисловий сплав альфа-2 (Ti-14%Al-21%Nb ваг.) та супер-альфа-2 (Ti-15%Al-20%Nb-3%V-2%Mo ваг.).

Сплав альфа-2 після відпалу при температурі 1200°С та старіння при температурі 760°С впродовж 8 годин має при 20°С sВ=665 МПа, d=2,1%. Сплав супер-альфа-2 після гартування при температурі 1060°С та старіння при температурі 650° впродовж 2 годин має sВ=1400 МПа, d=0,1%.

Сплав супер-альфа-2 після гартування при температурі 1060°С та старіння при температурі 850°С впродовж 2 годин має sВ=1050 МПа, d=1,5%.

До цього ж типу сплавів на основі Ti3Al належить вітчизняний сплав ВТИ-1 (Ti-14,5%Al-22%Nb-1,5Zr-0,25Si ваг.). Сплав ВТИ-1 з дрібнозернистою структурою схильний до надпластичності при температурах, близьких до 1000°С (d=600%, e=10-4с-1).

 

Таблиця 8.15 – Механічні властивості сплавів на основі інтерметаліду Ti3Al

сплав термічна обробка (структура) Властивості сплаву, °С s100, МПа
sВ, МПа d, % sВ, МПа d, %
Ti3Al відпал 220…600 430…460 2…3 130 (800)
Ti3Al дрібнозерниста структура 0,3 - - -
альфа-2 (24-11) Відпал 1200°С+760°С, 8 год 2,1 - - -
24-15 (a2+b)-гартування 5…6 - - -
супер-альфа -2 гартування 1060°С+старіння 650°С, 2 год 0,1 - - -
супер-альфа -2 гартування 1060°С+старіння 850°С, 2 год 1,5 - - -
супер-альфа -2 бімодальна 6…9 - - -
ВТИ-1 глобулярна 2,5…3 820…880 - 380 (650)
дрібне зерно - - - -
велике зерно 1020…1050 1…1,5 830…860 - -
* в скобках – температура випробування, °С

Інтерметалід TiAl має впорядковану тетрагональновикривлену гранецентровану структуру, в якій площини {100}, заповнені атомами титану, передуються з площинами, які зайняті атомами алюмінію. Пластичність інтерметаліду TiAl при температурах нижче 700°С незначна, що обумовлено особливостями його дислокаційної будови. В залежності від чистоти та мікроструктури механічні властивості інтерметаліду TiAl коливаються в досить широких межах, й при кімнатній температурі складають sВ=350-580 МПа, d=0,5-1,5%, rTiAl=3,8 г/см3. В залежності від технологій отримання заготовок, режимів гарячої деформації й наступної термічної обробки можна отримати 3 основних типа структур інтерметаліду TiAl: пластинчасту (ламельну), рекристалізовану та змішану (дуплексну).

Пластинчаста структура: повністю здвійниковані пластини g-фази, по межам яких розташовані тонкі прошарки a2-фази. В залежності від швидкостей кристалізації та охолодження товщина g-пластин та a2-прошарків може значно змінюватися (від декількох мікрометрів до десятих долей мікрометру).

Механічні властивості інтерметаліду TiAl з пластинчастою структурою невеликі: sВ=350-400 МПа, d=0,5%, .

Рекристалізована структура представлена зернами g-фази та виділеннями a2-фази, які сформовані в результаті динамічної або статичної рекристалізації. Така структура забезпечує більш високий комплекс механічних властивостей: sВ=580 МПа, d=0,8%, .

Дуплексна структура (змішана) складається з областей, які представлені рекристалізованими зернами та областями пластинчастої будови. Така структура має найкращий комплекс механічних властивостей: sВ=550 МПа, d=1,5%, .

Дрібнозернистий інтерметалід TiAl проявляє схильність до надпластичності: при температурі 800°С та швидкості деформації 8,3*10-4с-1 пластичність складає 225%. Сплави на основі інтерметаліду TiAl, які містять 47-48%ат. Al, мають найкращу пластичність.


Таблиця 8.16 – Хімічний склад та механічні властивості сплавів на основі інтерметаліду TiAl (Полькін І.С.)

Умовні позначення та хімічний склад сплавів, %ат. (в скобках) Технологія отримання Тип мікроструктури* Механічні властивості при температурі, °С
sВ, МПа s0,2, МПа d, % sВ, МПа s0,2, МПа d, %
48-1 (Ti-48Al-0.3C) К+Т Дуплексна 1.4 10.8
48-2-2 (Ti-48Al-2Cr-2Nb) Л+ГІП+Т Дуплексна П+Т Дуплексна П+Т Майже ламельна       2.3       -
  -     3.5   -    
      2.9   -   -   -
АВВ (Ti-47Al-2W-0.5Si) Л+Т Дуплексна 1.0 2.5
47ХД (Ті-47Al-2Mn-2Nb-0.8TiB2) Л+ГІП+Т Ламельна 1.5 -
204в (Ti-46Al-xCr-y(Ta, Nb)) Л+ГІП+Т Ламельна 1.5 12.4
Сплав 7 (Ti-46Al-5Nb-1W) П+Т Майже ламельна 1.6 -
* К – ковка, П- пресування, Л – лиття, Т – термооброблений, ГІП – гідро ізотермічна обробка (пресування)

 


Пластичність алюмініду TiAl можна підвищити легуванням наступними компонентами: Be, Cr, Nb, Mo, Ni, Si, Sn, Mn, V, W, Ag, Ga. Підвищення пластичності може бути пов’язано зі зменшенням внеску ковалентного та збільшенням долі металевого зв’язку. Легування TiAl Nb, Si, Та, W призводить до підвищення жаростійкості. Опір повзучості (жароміцність) збільшується при легуванні B, С, Cr, Nb, Та, W.

До найкращих сплавів на основі TiAl відносять сплав 48-2-2 (Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb). Цей сплав має гарне поєднання пластичності та технологічності, високі характеристики жароміцності, корозійної стійкості.

Дуплексна структура забезпечує при температурі 20°С: sВ=413 МПа, d=2,3%; при температурі 760°С: sВ=470 МПа, d=10,8%.

Ламельна структура забезпечує при температурі 20°С: sВ=597 МПа, d=2,9%.

Завдяки низькій щільності та досить високим міцностним характеристикам інтерметалід TiAl та сплави на його основі перевершують існуючі жароміцні сплави на основі титану, заліза, нікелю за питомими значеннями модулів пружності та показників жароміцності в інтервалі температур до 850-900°С.

Таблиця 8.17 - Вплив типу структури інтерметаліду TiAl на механічні властивості (Бондарев Б.І., Єлагін Д.В., Молотков А.В. та інші)

Тип структури Механічні властивості
sВ, МПа d, % , МПа
Ламельна 350…400 0,5
Рекристалізована 0,8
Дуплексна 1,5




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.