Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой

Разработана технология, в едином процессе объединяющая индукционную зонную плавку интерметаллида системы TiAl с последующей термической обработкой, обеспечивающей скорость охлаждения, которая способствует гомогенизации структуры и механических характеристик по длине слитка. Создана математическая м...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Аснис, Е.А., Пискун, Н.В., Статкевич, И.И., Великоиваненко, Е.А., Розынка, Г.Ф., Миленин, А.С., Богайчук, И.Л., Филатов, В.Э.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2017
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Матеріалознавство
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126691
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой / Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, А.С. Миленин, И.Л. Богайчук, В.Э. Филатов // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 36-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-126691
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1266912017-12-02T03:03:48Z Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой Аснис, Е.А. Пискун, Н.В. Статкевич, И.И. Великоиваненко, Е.А. Розынка, Г.Ф. Миленин, А.С. Богайчук, И.Л. Филатов, В.Э. Матеріалознавство Разработана технология, в едином процессе объединяющая индукционную зонную плавку интерметаллида системы TiAl с последующей термической обработкой, обеспечивающей скорость охлаждения, которая способствует гомогенизации структуры и механических характеристик по длине слитка. Создана математическая модель процесса и проведен вычислительный эксперимент, с помощью которого было показано, что для гомогенизации структуры интерметаллида по всей длине слитка и улучшения его механических характеристик необходимо обеспечить скорость остывания в пределах 0,4—0,6 K/с. Исследования структуры, полученного в результате этого процесса слитка показало наличие в нем пластинчатой (γ + a₂)- фазы и β₀ (В2)-фазы. Термическая обработка способствует увеличению объема упорядоченной кубической β (В2)-фазы, отвечающей за упрочнение и пластичность. Розроблена технологія, в єдиному процесі об’єднуюча індукційну зонну плавку інтерметаліду системи TiAl з наступною термічною обробкою, що забезпечує швидкість охолодження, яка сприяє гомогенізації структури і механічних характеристик по довжині зливку. Створено математичну модель процесу та проведено обчислювальний експеримент, за допомогою якого було показано, що для гомогенізації структу ри інтерметаліду по всій довжині зливка і поліпшення його механічних характеристик необхідно забезпечити швидкість охолодження в межах 0,4—0,6 K/с. Дослідження структури зливку, який отриманий в результаті цього процесу, показало наявність в ній пластинчастої (γ + α₂)-фази і β₀(В2)-фази. Термічна обробка сприяє збільшенню об’єму впорядкованої кубічної β (В2)-фази, що відповідає за зміцнення і пластичність. A technology, combining the induction zone melting of intermetallides of the TiAl system and a subsequent heat treatment providing the cooling rate, which promotes the homogenization of the structure and mechanical characteristics along the ingot, has been developed. A mathematical model of the process is constructed, and the computing experiment is conducted, which showed that the homogenization of an intermetallic structure along the entire ingot length and the improvement of its mechanical characteristics require ensuring the cooling rates in the interval of 0.4—0.6 K/s. Investigation of the structure of an ingot produced by this process showed the presence of the platelike (γ + α₂)-phase and the β₀(В2)-phase in it. Heat treatment promotes an increase of the volume of the ordered cubic β (В2)-phase responsible for strengthening and ductility. 2017 Article Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой / Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, А.С. Миленин, И.Л. Богайчук, В.Э. Филатов // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 36-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.036 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126691 669.187.2 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Аснис, Е.А. Пискун, Н.В. Статкевич, И.И. Великоиваненко, Е.А. Розынка, Г.Ф. Миленин, А.С. Богайчук, И.Л. Филатов, В.Э. Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой Доповіді НАН України
description	Разработана технология, в едином процессе объединяющая индукционную зонную плавку интерметаллида системы TiAl с последующей термической обработкой, обеспечивающей скорость охлаждения, которая способствует гомогенизации структуры и механических характеристик по длине слитка. Создана математическая модель процесса и проведен вычислительный эксперимент, с помощью которого было показано, что для гомогенизации структуры интерметаллида по всей длине слитка и улучшения его механических характеристик необходимо обеспечить скорость остывания в пределах 0,4—0,6 K/с. Исследования структуры, полученного в результате этого процесса слитка показало наличие в нем пластинчатой (γ + a₂)- фазы и β₀ (В2)-фазы. Термическая обработка способствует увеличению объема упорядоченной кубической β (В2)-фазы, отвечающей за упрочнение и пластичность.
format	Article
author	Аснис, Е.А. Пискун, Н.В. Статкевич, И.И. Великоиваненко, Е.А. Розынка, Г.Ф. Миленин, А.С. Богайчук, И.Л. Филатов, В.Э.
author_facet	Аснис, Е.А. Пискун, Н.В. Статкевич, И.И. Великоиваненко, Е.А. Розынка, Г.Ф. Миленин, А.С. Богайчук, И.Л. Филатов, В.Э.
author_sort	Аснис, Е.А.
title	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
title_short	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
title_full	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
title_fullStr	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
title_full_unstemmed	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
title_sort	регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Матеріалознавство
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126691
citation_txt	Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой / Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, А.С. Миленин, И.Л. Богайчук, В.Э. Филатов // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 36-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT asnisea regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT piskunnv regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT statkevičii regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT velikoivanenkoea regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT rozynkagf regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT mileninas regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT bogajčukil regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj AT filatovvé regulirovaniestrukturyifazovogosostavaalûminidovtitanapolučennyhzonnojplavkoj
first_indexed	2025-07-09T05:33:29Z
last_indexed	2025-07-09T05:33:29Z
_version_	1837146267837267968
fulltext	36 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО © Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, А.С. Миленин, И.Л. Богайчук, В.Э. Филатов, 2017 Интерметаллиды, к которым относятся алюминиды титана, представляют собой класс спла- вов, имеющий уникальный набор физико-механических характеристик, определяю щий пер с- пективность применения их во многих областях техники и, в первую очередь, авиа ци онных двигателей. Однако их низкая пластичность при комнатной температуре [1—3] и связанная с этим низкая технологичность затрудняет, а в ряде случаев исключает возможность изготовления полуфабрикатов и изделий из этих материалов. Практический интерес представляет использование нового класса β-затвердевающих γ-TiAl + α2-Ti3Al сплавов на основе интерметаллида системы TiAl с содержанием ниобия (до 4—5 ат. %). В работах [4, 5] было показано, что, именно благодаря присутствию ниобия как β-стабилизатора, можно получить упорядоченную β0 (В2)-фазу. Присутствие этой фазы doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.036 УДК 669.187.2 Е.А. Аснис1, Н.В. Пискун1, И.И. Статкевич1, Е.А. Великоиваненко1, Г.Ф. Розынка1, А.С. Миленин1, И.Л. Богайчук1, В.Э. Филатов2 1 Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев 2 Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев E-mail: asnis@paton.kiev.ua, ips@ipp.kiev.ua Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой Представлено академиком НАН Украины Л.М. Лобановым Разработана технология, в едином процессе объединяющая индукционную зонную плавку интерметалли- да системы TiAl с последующей термической обработкой, обеспечивающей скорость охлаждения, которая способствует гомогенизации структуры и механических характеристик по длине слитка. Создана мате- матическая модель процесса и проведен вычислительный эксперимент, с помощью которого было показано, что для гомогенизации структуры интерметаллида по всей длине слитка и улучшения его механических характеристик необходимо обеспечить скорость остывания в пределах 0,4—0,6 K/с. Исследования струк- туры, полученного в результате этого процесса слитка показало наличие в нем пластинчатой (γ + a2)- фазы и β0 (В2)-фазы. Термическая обработка способствует увеличению объема упорядоченной кубической β (В2)-фазы, отвечающей за упрочнение и пластичность. Ключевые слова: интерметаллид, зонная плавка, термическая обработка, структура, механические ха- рактеристики. 37ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6 Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой позволяет с помощью термической обработки воздействовать на структуру и, соответст- венно, механические характеристики сплава [6]. В настоящее время подобные сплавы считаются весьма перспективными для изделий аэрокосмической и автомобильной промышленности. Они характеризуются более низкой плотностью и высокой температурой плавления. Благодаря введению ниобия эти сплавы обладают повышенной жаропрочностью и облегчают технологию прокатки. Низкие пластические свойства алюминидов титана при комнатной температуре опре- деляются структурой первичного слитка. Одним из способов улучшения структуры и по- вышения механических характеристик материала является зонная плавка интерметаллида. После зонной перекристаллизации: не нужна ГИП- обработка (газостатическое изотерми- ческое прессование), потому что в полученных слитках отсутствуют микродефекты — не- сплошности, микротрещины и др.; нет пористости, потому что усадка идёт направленно на фронте кристаллизации, а не в объёме слитка. Недостатком метода зонной плавки является неравномерность распределения тепло- вого поля вдоль формирующегося слитка, что определяется особенностью процесса плав- ки. При этом невозможно обеспечить однородную структуру по длине слитка и, соответ- ственно, механические характеристики. Авторами разработана технология, которая в едином процессе объединяет зонную плав- ку и термическую обработку. Это позволяет гомогенизировать структуру и свойства полу- чаемого слитка. При этом благодаря увеличению количества упорядоченной β0 (В2)-фазы, увеличиваются прочность и пластичность интерметаллида. Для исследования в работе использовался сплав Ti-45Al-5Nb-3Cr-1,5Zr ат. %, получен- ный методом электронно-лучевой плавки. Этот сплав занимает промежуточное положение Рис. 1. Схема установки индукционной зонной плавки (а): 1 — образец; 2 — кварцевая трубка; 3 — держатели образцов; 4 — индуктор; 5 — привод. Изменение температуры от времени плавки (б) 38 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6 Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич и др. между сплавами легированными 0,8 ат. % ниобия и алюминидами с орторомбической струк- турой с содержанием ниобия до 25 ат. %. На рис. 1 показана установка для индукционной зонной плавки и распределение темпе- ратуры по длине образца в процессе его перекристаллизации. Образцы вышеуказанного сплава представляет собой цилиндр диаметром 10 мм, дли- ной 100 мм. Они размещены в вертикально расположенной цилиндрической кварцевой труб ке с зазором между образцом и стенкой трубки, через который сверху вниз продувает- ся аргон. Продувка аргоном осуществляется как в процессе зонной перекристаллизации, так и после его окончания до полного остывания образца. Верхний и нижний держатели об- разцов охлаждаются проточной водой. Трубка с образцом размещена на штативе и может перемещаться в вертикальном направлении с заданной скоростью. Вокруг трубки с образ- цом неподвижно расположен индуктор. Рис. 2. Структура и данные рентгеноспектрального анализа алюминида титана после индукционной зонной плавки: а — верхняя, б — средняя, в — нижняя части образца; г — после индукционной зонной плавки с последующей термообработкой (см. также с. 39) 39ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6 Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой Структура перекристаллизованных образцов исследовалась методом оптической метал- лографии на микроскопе “Neophot-32” и методом растровой электронной микроскопии на установке JOEL. Твердость образцов определялась на твердомере М400 фирмы “Leco”. Рентгеноструктурный анализ проводился на дифрактометре “Дрон-3М”. На испытательной машине “Instron” были проведены механические испытания исследуемых образцов. Так как интерметаллид при комнатной температуре является малопластичным сплавом, для опреде- ления его механических свойств, проводилось испытание на одноосное сжатие, которое ха- рактеризуется большим коэффициентом мягкости (а = 2) [7]. В этом случае можно записать диаграмму: напряжение — деформация и определить прочность и текучесть, а также, сопоста- вив характеристики σт/σв, определить склонность материала к хрупкому разрушению. Проведенные структурные исследования методом оптической и электронной микро- скопии, подтвержденные рентгеноструктурным анализом (рис. 2) показали, что по длине слитка, полученного методом зонной плавки, в различных его участках (верх, середина, низ) формируется трехфазная структура, состоящая из γ-, α2- и В2-фаз. Рис. 2. Окончание 40 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6 Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич и др. Исследование микроструктуры образцов после зонной перекристаллизации (рис. 2, а, б, в) показало, что кристаллизация проходит по направлению движения зоны, т.е. по на- правлению действия осевого температурного градиента. В верхней части образца (рис. 2, а), ~70—80 % объёма занимает упорядоченная тонкая ламельная структура γ + α2, направлен- ная по оси слитка. Кроме того есть округлые серые участки массивной γ-фазы (10—15 % общего объёма) и светлые прослойки по границам зёрен, которые являются остаточным β-Ti (В2) — фаза ~5—7 об. %. В средней части образца (рис. 2, б) структура сплава в основном ламельная, состоящая из ламелей (γ + α2)-фазы, формирующихся в направлении кристаллизации слитка и участ- ков γ-фазы. Кроме этого наблюдаются небольшие доли (до 3—5 об. %) остаточной кубиче- ской В2-фазы (белая стрелка), расположенной по границам. Черная стрелка показывает на- правление кристаллизации сплава при плавке. Структура нижней части образца (рис. 2, в) состоит из двойниковых ламелей (γ + α2)- фазы. Кроме того, по границам видны следы В2-фазы. Зерна разделены между собою остат- ками γ-фазы. Проведенный рентгеноструктурный анализ подтвердил, что процентное содержание В2-фазы в разных участках слитка (низ, середина, верх) изменяется в пределах 5—7 об. %. Рентгеноспектральный анализ образцов исследуемого слитка показал неравномерное распределение химических элементов по его длине в т.ч. и, в первую очередь, ниобия, ко- торый влияет на образование кубической В2-фазы. Результаты рентгеноспектрального ана- лиза представлены на рис. 2. Видно, что в нижней части образца (рис. 2, а), остывание ко- торой проходит с меньшей скоростью, содержание ниобия 3,5 ат. %, что ниже, чем в исхо- дном материале. В средней части (рис. 2, б) имеются участки с более высоким содержанием ниобия. В этой части образца по данным рентгеноструктурного анализа определяется в не- больших количествах кубическая В2-фаза. В верхней части слитка (рис. 2, в) содержание элементов соответствует исходному составу сплава. При этом обнаруживается до 10 % β-Ti (В2-фазы). По-видимому высокая скорость охлаждения и наличие достаточного количест- ва β стабилизатора позволяет сохранить остаточную, т.е. первичную твердую фазу, при кри- сталлизации сплава этого состава. Изменение содержания ниобия по длине слитка влияет на содержание В2-фазы и, соот- ветственно, изменение механических характеристик по длине слитка. Результаты проведенных испытаний на сжатие при комнатной температуре образцов, вырезанных из разных участков слитка (верх, низ, середина), показали, что σв образцов, подвергнутых зонной перекристаллизации, возрастает по сравнению с исходным мате- риалом на ~30 % с 1400 до 1800 МПа, σ02 — на 13 % с 477 до 540 МПа, а δсж — увеличивает- ся с 19 до 23 %. На рис. 3, а представлены кривые сжатия, полученные при деформации. Более высокие показатели механических свойств наблюдаются после перекристаллизации по сравнению с исходным материалом. Из рис. 3, а видно, что по сравнению с исходным материалом в верхней части слитка значения прочности более высокие, чем в других частях слитка в результате образования дуплексной микроструктуры — ламельной (γ + α2) и гранулярной γ-фаз. По-видимому ду- плексная микроструктура оказывает положительное влияние на повышение прочности ма- териала, а B2-фаза, расположенная по границам (γ + α2) и γ-фаз, способствуют увеличению 41ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6 Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой пластичности. Итак, несмотря на неоднородность материала по длине слитка, зонная пе- рекристаллизация позволяет повысить прочность интерметаллида в среднем на 30 % по сравнению с основным переплавляемым материалом. Таким образом, проведенные структурные исследования и результаты механических ис- пытаний показывают неоднородность структуры и, соответственно, механических свойств по длине слитка, что связано, как было указано выше, с особенностью зонной плавки методом плавающей зоны и неравномерной скоростью охлаждения различных участков образца. Для определения тепловых условий по длине слитка, в процессе его перекристалли- зации и остывания в диапазоне температур 1273—673 К, при которых происходят струк- турные превращения, определяющие механические характеристики слитка, была создана математическая модель и проведен вычислительный эксперимент. Распространение тепла внутри рассматриваемого образца, т.е. температура T (x, y, z, t) в точке r, z для времени t от начала процесса, описывается уравнением теплопроводности T T T c r r z z t ⎛ ⎞ ⎛ ⎞∂ ∂ ∂ ∂ ∂λ + λ = γ⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠ , (1) γ — удельная плотность; λ — коэффициент теплопроводности; с — удельная теплопро- водность; λ = λ (Ts) k; ( ) –s L s Q c c T T T γ = γ + , (2) где k > 1 учитывает в полной мере конвективные потоки; Q — скрытая теплота плавления алюминида титана. На боковой поверхности слитка, в районе индуктора, граничное условие задавали по закону Стефана—Больцмана Рис. 3. Кривые сжатия для образца интерметаллида: а — после перекристаллизации (1 — верх, 2 — сере ди- на, 3 — низ слитка) и исходного сплава (4); б — после зонной перекристаллизации и последующей тер ми- ческой обработки (1 — верх, 2 — середина, 3 — низ слитка) 42 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6 Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич и др. 4 4( ) T q T T n ∂−λ = − εσ − ∂ инд , (3) где q — удельный поток тепловой энергии от индуктора по нормали n к поверхности; ε — сте- пень черноты металла; σ — постоянная Стефана—Больцмана; Т — температура излучения металла, К и Тинд — температура индуктора, К. За пределами индуктора принимали ε = 0. На верхней и нижней поверхностях образца, а также на боковой поверхности вне ин- дуктора задавали граничное условие Ньютона Ar( ) T T T n ∂−λ = α − ∂ , (4) где α — коэффициент теплообмена, зависящий от температуры TAr , аргона по высоте образца. На рис. 4, а показано распределение скорости охлаждения по длине слитка при зонном переплаве. Видно, что скорость охлаждения неравномерна по длине образца и составляет 0,4—0,82 К/с. Это приводит к неоднородности структуры и, соответственно, механических свойств по длине слитка. Следует отметить, что практически разницы в скорости охлаждения по диаметру слит- ка не наблюдается. С помощью вычислительного эксперимента было определено, что более равномер- ное ос тывание по длине слитка обеспечивается при скоростях охлаждения 0,4—0,6 К/c (рис.4, б). Для обеспечения равномерной скорости охлаждения по длине слитка была разработана технология [8], объединяющая в едином процессе зонную перекристаллизацию интерме- таллида с процессом последующей термической обработки. Данная технология заключается в том, что непосредственно после окончания процесса плавки, индуктором осуществляется дополнительный нагрев слитка без его расплавле- ния. С этой целью обеспечивается ход слитка в обратном направлении по отношению к век- тору движения при зонной плавке. Скорость движения составляет 2/3 скорости плавки, а мощность на индукторе в процессе термообработки снижается в 2 раза. За счет дополни- тельного нагрева скорость охлаждения снижается и выравнивается по всей длине слитка. По разработанной технологии была проведена зонная плавка образцов с последующей термообработкой. Исследование методом электронной микроскопии микроструктуры образцов, получен- ных в результате указанного процесса, показали (рис. 2, г), что она имеет ламельную струк- туру, состоящую из вытянутых вдоль направления движения зоны длинных непрерывных ламелей γ+α2 -фазы с незначительными участками γ-фазы, а также выделениями В2-фазы по границам ламельных колоний, причем указанная структура наблюдается по всей длине слитка, что подтверждено результатами рентгеновского фазового анализа. При этом содер- жание β (В2)-фазы, равномерно расположенной по длине слитка после указанной термооб- работки составляет ~36 %. Как было показано в [6], отжиг при температуре ниже эвтектоидной (Тэвт = 1400 К) способствует образованию (β (В2) + γ) — структуры за счет пластинчатой (γ + α2)-сос тав- ляющей. Термическая обработка повышает объем β (В2)-фазы. Рост β-фазы происходит в первую очередь за счет фазового превращения α2 → β, что объясняется их близким хими- 43ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6 Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой ческим составом. Рост β (В2)-фазы, зарождающейся в α2-пластинах ведет к дестаби ли- зации пластинчатых (γ + α2)-колоний, которые постепенно превращаются в глобулярную или грубопластинчатую (γ + β)-структуру. Нестабильность α2-фазы можно также объяснять пересыщенностью в некоторых точках цирконием, который является сильным стабилиза- тором β-фазы. Таким образом, применение указанной выше термической обработки приводит к прак- тически равномерному распределению структурных составляющих в разных участках слит- ка. Количественный микрорентгеноспектральный анализ показал также, что у образцов, прошедших термическую обработку, содержание элементов достаточно равномерно распре- делено по всей длине образца. Из слитка, прошедшего перекристаллизацию с последующей термообработкой, выреза- лись образцы для механических испытаний. Испытания проводились при температуре 293 К. Определяли σв, σ02 и относительную деформацию образцов при сжатии — δ %. Из рис. 3, б видно, что зонная плавка с последующей термической обработкой повы- шает прочность по сравнению с образцами без термообработки (см. рис. 3, а) ≈ на 20 % , а δ сж примерно на 30 %. Причем данные механических свойств практически одинаковы по всей длине слитка — верх, середина и низ. Таким образом, авторами разработан технологический процесс, объединяющий ин дук- ционную зонную плавку интерметаллида системы TiAl с термической обработкой. Исследование показало, что этот процесс, обеспечивающий скорость остывания слитка равную 0,4—0,6 К/с, способствует гомогенизации структуры и механических характерис- тик по длине слитка. Он также позволяет увеличить количество β (В2)-фазы, отвечающей за повышение прочности и пластичности с 5 до 36 %. Изучение механических свойств интерметаллида показало, что применение процесса, сочетающего зонную плавку и термическую обработку, способствует увеличению прочно- сти на ~20 % по сравнению с зонной перекристаллизацией без термообработки (с 1800 до 2200 МПа) и росту δ с 23 до 30 %. Рис. 4. Распределение скорости охлаждения по длине слитка интерметаллида: а — после зонной пе ре- кристаллизации; б — после зонной перекристаллизации и последующей термической обработки (1 — по поверхности образца, 2 — в середине образца) 44 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6 Е.А. Аснис, Н.В. Пискун, И.И. Статкевич и др. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Казанцева Н.В., Гринберг Б.А., Демаков С.Л. и др. Микроструктура и пластическая деформация орто- ромбических алюминидов Ti2AlNb. І. Образование полидоменной структуры. Физика металлов и ме- талловедение. 2002. 93, № 3. С. 83—92. 2. Каблов Е.Н., Лукин В.И. Интерметаллиды на основе титана и никеля для изделий новой техники. Автоматическая сварка. 2008. № 11. С. 76—82. 3. Бочвар Г.А., Саленков В.А. Исследование сплавов на основе алюминида титана с орторомбической струк- турой. Технология легких сплавов. 2004. № 4. С. 44—46. 4. Бочвар Г.А., Саленков В.А., Пономарева Е.В. Влияние режимов закалки на структуру и фазовый состав интерметаллидных сплавов Ti-Al-Nb с высоким содержанием ниобия. Технология легких сплавов. 2007. № 1. С. 62—65. 5. Kumpfert J., Kaysser W.A. Orthorhombic titanium aluminides: phases, phase transformations and micro- structure evolution. Intern. J. of Mater. Research. 2001. 82. С. 128—134. 6. Имаев В.М., Имаев Р.М., Хисматуллин Т.Г. Механические свойства литого интерметаллидного сплава Ti-43Al-7(Nb, Mo)-0.2B (Ат. %) после термической обработки. Физика металлов и металловедение. 2008. 105. № 5. С. 516—522. 7. Золотаревский В.С. Механические испытания металлов и свойства металлов. Москва: Металлургия, 1974. 304 с. 8. Патент № u 201406203. Украина, Спосіб термічної обробки інтерметаліда системи титан—алюміній. Асніс Ю.А., Піскун Н.В., Статкевич І.І. [та ін.]; заявник і патентовласник Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України; заявл. 05.06.2014; опубл. 10.12.2014р. Бюл. № 23. Поступило в редакцию 28.02.2017 REFERENCES 1. Kazantseva, N. V., Grinberg, B. A., Demakov, S. L., et al. (2002). Microstructure and plastic strain of ortho- rhom bic aluminides Ti2AlNb. I. Formation of a polydomain structure. Fiz. metal. i metalloved., 93, No. 3, pp. 83-92 (in Russian). 2. Kablov, E. N. & Lukin, V. I. (2008). Titanium- and nickel-based intermetallides for products of a new technique. Avtom. svarka, No. 11, pp. 76-82 (in Russian). 3. Bochvar, G. A. & Salenkov, V. A. (2004). Study of alloys on the basis of titanium aluminide with orthorhombic structure. Tekhn. legk. splavov, No. 4, pp. 44-46 (in Russian). 4. Bochvar, G. A. & Salenkov, V. A., Ponomareva, E. V. (2007). Influence of hardening modes on the structure and phase composition of Ti-Al-Nb intermetallic alloys with high content of niobium. Tekhn. legk. splavov, No. 1, pp. 62-65 (in Russian). 5. Kumpfert, J. & Kaysser, W. A. (2001). Orthorhombic titanium aluminides: phases, phase transformations and microstructure evolution. Intern. J. Mater. Research, 82, pp. 128-134. 6. Imaev, V. M., Imaev, R. M. & Khismatullin, T. G. (2008). Mechanical properties of Ti-43Al-7(Nb,Mo) - 0.2B (at. %) intermetallic alloy after a heat treatment. Fiz. metal. i metalloved., 105, No. 5, pp. 516-522 (in Rus sian). 7. Zolotarevski, V. S. (1974). Mechanical testing of metals and properties of metals. Moscow: Metallurgiya (in Rus sian). 8. Patent № u 201406203. Asnis Y. A., Piskun N. V., Statkevich I.I. et al. The method of thermal processing inter- metallics titanium-aluminum system, Ukraine, patent owner Welding Institute. EO Paton NAS of Ukraine, appl. 05.06.2014. Publ. 10.12.2014r. Bull. No. 23 (in Ukrainian). Received 28.02.2017 45ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6 Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой Ю.А. Асніс1, Н.В. Піскун1, І.І. Статкевич1, О.А. Великоіваненко1, Г.Ф. Розинка1, О.С. Міленін1, І.Л. Богайчук1, В.Е. Філатов2 1 Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Київ 2 Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України, Київ E-mail: asnis@paton.kiev.ua, ips@ipp.kiev.ua РЕГУЛЮВАННЯ СТРУКТУРИ І ФАЗОВОГО СКЛАДУ АЛЮМІНІДІВ ТИТАНУ, ОТРИМАНИХ ЗОННОЮ ПЛАВКОЮ Розроблена технологія, в єдиному процесі об’єднуюча індукційну зонну плавку інтерметаліду системи TiAl з наступною термічною обробкою, що забезпечує швидкість охолодження, яка сприяє гомогенізації структури і механічних характеристик по довжині зливку. Створено математичну модель процесу та проведено обчислювальний експеримент, за допомогою якого було показано, що для гомогенізації структу ри інтерметаліду по всій довжині зливка і поліпшення його механічних характеристик необхід- но забезпечити швидкість охолодження в межах 0,4—0,6 K/с. Дослідження структури зливку, який от- риманий в результаті цього процесу, показало наявність в ній пластинчастої (γ + α2)-фази і β0(В2)-фази. Термічна обробка сприяє збільшенню об’єму впорядкованої кубічної β (В2)-фази, що відповідає за зміц- нення і пластичність. Ключові слова: інтерметалід, зонна плавка, термічна обробка, структура, механічні характеристики. E.A. Asnis1, N.V. Piskun1, I.I. Statkevich1, E.A. Velikoivanenko1, G.F. Rozynka1, A.S. Milenin1, І.L. Bohaichuk1, V.Е. Fіlаtоv2 1 Ye.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kiev 2 G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the NAS of Ukraine, Kiev E-mail: asnis@paton.kiev.ua, ips@ipp.kiev.ua REGULATION OF THE STRUCTURE AND PHASE COMPOSITION OF TITANIUM ALUMINIDES PRODUCED BY ZONE MELTING A technology, combining the induction zone melting of intermetallides of the TiAl system and a subsequent heat treatment providing the cooling rate, which promotes the homogenization of the structure and mechanical char- acteristics along the ingot, has been developed. A mathematical model of the process is constructed, and the computing experiment is conducted, which showed that the homogenization of an intermetallic structure along the entire ingot length and the improvement of its mechanical characteristics require ensuring the cooling rates in the interval of 0.4—0.6 K/s. Investigation of the structure of an ingot produced by this process showed the presence of the platelike (γ + α2)-phase and the β0(В2)-phase in it. Heat treatment promotes an increase of the volume of the ordered cubic β (В2)-phase responsible for strengthening and ductility. Keywords: intermetallide, zone melting, heat treatment, structure, mechanical properties.

Регулирование структуры и фазового состава алюминидов титана, полученных зонной плавкой

Institution

Ähnliche Einträge