На основании исследований, выполненных ведущими учеными ЦНИИМ, УрО РАН, ВУЗов и институтов Свердловской области, были разработаны технологии, обеспечивающие проведение полного комплекса работ по термической обработке опытных и промышленных партий изделий из черных и цветных металлов и сплавов.
Термический участок оборудован несколькими электрическими нагревательными печами, а именно печью с выкатным подом, камерными печами с садками от 200 до 500 кг и шахтными печами, также на участке установлены закалочные баки для воды и масла.
Имеющееся оборудование позволяет проводить нагрев изделий с максимальными габаритными размерами 1,0х0,6х0,4 м и массой до 1 т до температуры 1000 ºС, выполнять закалку деталей в масло и в воду, а также осуществлять низкий и высокий отпуск , отжиг и нормализацию деталей.
В данной работе рассмотрены жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов системы Ti–Al.
Интерметаллические соединения
Интерметаллическими соединениями (ИС) называют фазы, образованные двумя и более металлами, имеющие особую кристаллическую решетку, структуру и свойства, отличные от свойств исходных компонентов. Большинство ИС имеют упорядоченную сверхструктурную решетку, образование которой связано с межатомным взаимодействием компонентов при температурах ниже температуры плавления. В ИС могут возникать металлические, ковалентные и смешанные типы связей атомов в кристаллической решётке. ИС с металлической связью атомов являются материалами со свойствами, близкими к свойствам пластичных металлов, которые не обладают высокими жаропрочными характеристиками. Для использования в качестве жаропрочных материалов наиболее интересны ИС со смешанным и ковалентными типами связей. При этом за счет образования сильных направленных связей, формируются структуры с новыми физико- химическими свойствами, создающие основу для их жаропрочного применения. К ним относятся:
- высокие упругие свойства при комнатной и повышенных температурах ;
- стойкость к коррозионному воздействию;
- появление хрупкости в определенном температурном интервале.
Таким образом, интерметаллиды, имеющие по своей природе особую кристаллическую решетку, структуру и физико-механические свойства, являются перспективными жаропрочными материалами, предназначенными для использования в ракетно-космической технике и в области авиации и двигателестроения.
Однако низкие значения пластических свойств, ограничивающие их применение, требуют проведения дальнейших исследований.
Типы химической связи
... ионизации, тем легче атом теряет электроны, тем сильнее выражены у электрона металлические свойства. Потенциал ионизации растет в пределах периода слева направо, уменьшается сверху вниз. Ионная связь образуется ... постоянные могут быть найдены спектральными и другими физическими методами или рассчитаны на основе теоретических представлений, но для этого надо знать основные законы, управляющие ...
Жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов системы Ti–Al
Рис. 1 Диаграмма состояния системы Ti-Al
В системе Ti-Al со стороны титана образуются интерметаллиды Ti3Al (α2-фаза) и TiAl (γ-фаза), обладающие значительными областями гомогенности .В 1961 г.
С.Г. Глазунов и Ю.Ф. Алтунин обратили внимание на то, что алюминиды титана Ti3Al и TiAl могут быть полезными конструкционными материалами, так как обладают малой плотностью, высокой жаропрочностью и жаростойкостью, хорошими литейными свойствами . Однако реализация этой идеи затянулась на несколько десятилетий из-за присущих этим интерметаллидам низкой пластичности и технологичности. Лишь в конце ХХ века алюминидам титана стали уделять должное внимание , что нашло отражение, в частности, в увеличении числа докладов по этой тематике на международных конференциях. Отмечалось, что они являются перспективными материалами, которые могут заменить существующие жаропрочные сплавы при температурах 600-700 °С. К настоящему времени выполнено большое число исследований диаграммы состояния системы Ti–Al, в которых была точно определена область существования интерметаллических соединений (ИС) Ti3Al и TiAl, изучена их структура и определены физико-химические свойства.
Исследования показали, что уровень механических свойств нелегированных ИС Ti3Al и TiAl весьма низкий. Кроме того, нелегированные ИС Ti3Al и TiAl имеют ряд особенностей таких, как ограниченную технологичность, проявляющуюся в высокой зависимости прочности и пластичности от температуры, величины и скорости деформации, повышенную чувствительность к поверхностным дефектам.
Классификация сплавов на основе интерметаллидов системы Ti–Al
«Альфа-2»-сплавы
Сплав этого типа СТ5, разработан Корниловым И.И. и сотрудниками. Из сплава изготавливались слитки, деформированные полуфабрикаты – слябы, штамповки, прутки. Несмотря на высокие удельные прочностные и жаропрочные свойства эти малолегированные «альфа-2»-сплавы имели при комнатной температуре малую пластичность, ударную вязкость и низкую технологичность при переработке слитков в конечные полуфабрикаты. Трудности изготовления полуфабрикатов из- за высоких усилий деформирования, невозможность получения различных типов микроструктур , вследствие малого содержания -фазы, пониженная стойкость к — 29 — окислению, привели к разработке сплавов с увеличенным количеством -фазы (легированием матрицы Ti3Al 10 Nb ат. %)
«Супер-альфа-2»-сплавы
Типичными представителями этой группы сплавов являются сплавы Ti-24-10-3-1 (CША), ВТИ-2 (РФ) и ТД-2 (Китай).
Сплав Ti-24-10-3-1 основан на системе Ti-24Al-10Nb-3V-1Mo ат. % и изготавливается по технологии титановых сплавов. Из сплава изготавливаются различные полуфабрикаты – от слябов (штамповок) до листов и фольги. Несмотря на повышение пластических свойств, «супер-альфа-2»-сплавы не обладали необходимой технологичностью для получения высококачественных деформированных полуфабрикатов – штамповок, прутков и листов, а присутствие в сплавах непластичной «альфа-2»-фазы, не обеспечивало дальнейшее повышение пластичности этих сплавов. По этой причине «супер-альфа-2»-сплавы имеют низкие характеристики ударной вязкости и вязкости разрушения, что в целом ограничивает использование их в основном корпусными деталями.
Классификация и свойства сплавов
... случаях сохраняется и на археологических предметах. Сплав Сплавы, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (режеметаллов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. В более широком смысле сплавылюбые ...
«Гамма»-сплавы
В зависимости от содержания основного компонента Al различают однофазные и двухфазные «гамма»-сплавы.
Однофазные «гамма»-сплавы, содержащие более 51 Al ат. %, оказались малопрочными и непластичными материалами и операции горячей деформации, не изменяя их структуру (за исключением размеров зерен), не улучшали их механических свойств.
Гамма»-сплавы, содержащие менее 51 Al ат. %, являются двухфазными сплавами. В качестве второй фазой присутствует и Ti3Al, количество которой зависит от содержания Al: при 50 Al ат. % ее 5 об. %, а при 47 Al ат. % 25 об. %. Такая зависимость фазового состава от содержания Аl оказывает сильное влияние на структуру и механические свойства «гамма»-сплавов. Но несмотря на использование разнообразных систем легирования сплавов и формирования в них различных типов структур, на сегодняшний день не удалось получить на «гамма»-сплавах сочетания высокого уровня прочностных, пластических и жаропрочных свойств.
Таким образом, подводя итоги многочисленных исследований и представленных данных, стоит отметить, что преимущества в весе деталей из интерметаллидных сплавов на основе системы Ti-Al, а также их удельные прочностные характеристики, не могут в достаточной мере удовлетворять требованиям конструкторов и перекрыть низкие значения пластических свойств и технологичности при температуре 20°С как литых, так и деформируемых ИС Ti3Al и TiAl – они требуют продолжения работ в этом направлении и существенно ограничены в практической области применения. Наиболее перспективным направлением развития интерметаллидных титановых сплавов связано с разработкой орто-сплавов на основе системы — 32 — Ti-Al-Nb, которым уделяется особое внимание как материалам, способным заменить пожароопасные титановые сплавы Тi1100 (США), IMI834 (Великобритания), ВТ18У (РФ), более тяжелые никелевые сплавы и стали.
Жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов
системы Ti-Al-Nb
Исследования физико-механических свойств ИС Ti2AlNb показали, что эта фаза имеет более высокую температуру плавления , низкий коэффициент термического расширения, лучшую теплопроводность, большую прочность, чем у сплавов супер-альфа-2. При температурах 650-750°С темп снижения модуля упругости значительно меньше, чем у супер-альфа-2-сплавов, что свидетельствует о его хороших жаропрочных свойствах. Главными недостатками ИС Ti2AlNb является повышенная плотность и усложненность металлургического производства вследствие большего содержания тугоплавких легирующих элементов. Свойства сплава указаны в таблице 1.
Строение и свойства металлов
... кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре ... почти до нуля). Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов. Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и ...
Таблица 1. Физико-механические свойства интерметаллида Ti2AlNb
После проведенных исследований мы выяснили, что знание процессов структурообразования и кинетики протекающих превращений позволяет оптимизировать составы сплавов, прогнозировать температурные параметры изготовления полуфабрикатов и уровень их свойств. Апеллируя полученными знаниями при определенных условиях (в процессе отжига закаленных сплавов или при интенсивной деформации) можно добиться снижения степени дальнего порядка упорядоченных фаз, что позволит повысить пластические свойства интерметаллидного сплава на основе фазы Ti2AlNb.
Интерметаллидные титановые сплавы на основе фазы Ti2AlNb
Благодаря анализу свойств жаропрочных материалов на основе интерметаллидов системы Ti–Al мы отметили, что сплавы на основе интерметаллида Ti2AlNb (орто-сплавы) представляют интерес, как возможная замена жаропрочных титановых сплавов.
Отмечается, что основными преимуществами этих сплавов являются:
- высокие упругие, прочностные и пластические характеристики;
- низкий коэффициент термического расширения;
- высокие характеристики МЦУ и МнЦУ ;
- меньшие значения СРТУ;
- лучшие жаропрочные свойства при температурах (500-650)°С;
высокая жаростойкость
К сплавам на основе интерметаллида Ti2AlNb относятся: ВТИ-4, ВИТ1 (РФ), Ti-22-23 (США), Ti-22-20-3 (Китай), Ti-22-20-2 (Япония) и Ti-22-25-2-0,5 (Франция).
Основа сплавов состоит из Ti–(20-25)Al–(20-27)Nb–Х(1-5)(ат.%), где Х – другие элементы: (V+Mo+Zr) (ВТИ-4, РФ), Ta (Китай), W (Япония), (Mo+Si) (Франция).
Высокая технологичность орто-сплавов и возможность изготовления тонких листов, ленты (фольги) допускает возможность изготовления на его основе новых перспективных жаропрочных материалов – композиционных материалов (КМ) с матрицей из орто-сплaва и (30-40) (об.%) волокон SiC. Предварительные результаты показывают, что по своим удельным механическим свойствам КМ будет превосходить в (1,5-2) раза свойства титановых сплавов и стали до температур 700°С, обеспечивая повышенную усталость, жаропрочность и надежность конструкции.
Но на сегодняшний день основными препятствиями для производства КМ являются: образование химического взаимодействия между матрицей и волокном и несоответствие коэффициентов термического расширения (КТР) между ними, что вызывает образование остаточных растягивающих напряжений.
Вывод
После изучения данных материалов, я сделал вывод, что интерметаллические сплавы на основе титана и алюминия нуждаются в более глубоких исследованиях от которых зависит эффективность и конкурентоспособность отечественного производства в области двигателе -, самолето-, и ракетостроения .
В данной работе на примере сплавов на основе Ti-Al были рассмотрены следующие пункты:
Ti–Al, их классификация
Ti-Al-Nb и их физические и химические свойства
Ti2AlNb, их характеристики
Библиографический список
Механические и технологические испытания и свойства конструкционных материалов
... способ ее изготовления. Реферат на тему На заказ Образец и пример Механические и технологические испытания и свойства конструкционных материалов Характеристики отливки — это способность расплавленного металла или сплава заполнять литейную форму ...
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/jaroprochnyie-splavyi/
-
А.Е. Борисович «Влияние содержания алюминия и параметров термомеханической обработки на структуру, фазовый состав и механические свойства полуфабрикатов из интерметаллидного титанового сплава вти-4» — М.2015
-
Анташев В.Г., Ночовная Н.А., Павлова Т.В., Подюкова Н.М., Иванов В.И. // Авиационные материалы «ВИАМ», 1932 – 2002 гг./ Юбилейный научно – технический сборник под общей редакцией член. кор. РАН Каблова Е.Н. 2002. С. 111-115
-
Ночовная Н.А., Алексеев Е.Б., Ясинский К.К., Кочетков А.С. Специфика плавки и способы получения слитков интерметаллидных титановых сплавов с повышенным содержанием ниобия // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. №S2. C. 53–59.
-
http://knowledge.allbest.ru/manufacture/3c0b65635a3bc69a4d43a89521206d27_0.html
-
http://www.aerospacelab-journal.org/sites/www.aerospacelab-journal.org/files/AL3-05.pdf
