Порівняльний аналіз процесів синтезу титанових сплавів з різних сумішей на основі порошку титану та його гідриду з додаванням легуючих елементів. Фізичні фактори, які визначають процеси ущільнення порошкових пресовок і їх перетворення в масивний матеріал.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФАЗОВІ ТА СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ СИНТЕЗІ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ ІЗ ПОРОШКОВИХ СУМІШЕЙПроведено порівняльний аналіз процесу синтезу сплавів із порошкових сумішей на основі титану та гідриду титану з додаванням легуючих елементів у вигляді порошків чистих металів або лігатур з метою визначення і оптимізації параметрів, які впливають на густину, мікроструктуру, хімічну гомогенність, вміст домішок та, як результат, на комплекс фізико-механічних властивостей синтезованих сплавів. Показано переваги використання гідриду титану замість титану для отримання сплавів з мінімальною залишковою пористістю та високим комплексом властивостей. Сплави, синтезовані з сумішей на основі гідриду титану, мають відносну густину, близьку до 99 %, гомогенну дрібнозернисту (середній розмір бета-зерна 100-150 мкм) мікроструктуру та регламентований вміст домішок, що забезпечує отримання механічних властивостей синтезованих сплавів на рівні властивостей відповідних сплавів, отриманих за стандартними металургійними технологіями. Проведен сравнительный анализ процесса синтеза сплавов из порошковых смесей на основе титана и гидрида титана с добавлением легирующих элементов в виде порошков чистых металлов или лигатур с целью определения и оптимизации параметров, влияющих на плотность, микроструктуру, химическую гомогенность, содержание примесей и, как результат, на комплекс физико-механических свойств синтезированных сплавов. Сплавы, синтезированные из смесей на основе гидрида титана, имеют относительную плотность близкую к 99%, гомогенную мелкозернистую (средний размер бета-зерен 100-150 мкм) микроструктуру и регламентированное содержание примесей, что обеспечило получение механических свойств синтезированных сплавов науровне свойств соответствующих сплавов, полученных по стандартным металлургическим технологиям.Титан та його сплави володіють унікальним комплексом властивостей - низькою питомою вагою, високою корозійною стійкістю по відношенню до багатьох реагентів, значною міцністю при кімнатній та підвищених температурах. Тому основним завданням сучасного матеріалознавства титанових сплавів є розширення сфери їх використання шляхом розробок нових економічних технологій, які забезпечують значне зниження вартості як металу, так і виробів з нього. Найбільш економічним та технологічно найпростішим є метод синтезу титанових сплавів із сумішей порошкових компонентів, при якому легуючі елементи у вигляді порошків чистих металів або лігатур додаються до порошку титану. Тому надзвичайно важливою, як з наукової, так і з практичної точки зору, є розробка фізично обґрунтованих методів синтезу титанових сплавів з необхідним рівнем механічних властивостей за схемою “пресування-спікання” без застосування додаткових операцій, що і визначає актуальність даної роботи. Дослідження за темою дисертаційної роботи велися в рамках бюджетних тем ”Оптимізація фазового складу, мікроструктури та властивостей високоміцних титанових сплавів для забезпечення їх надійної експлуатації в умовах статичного та динамічного навантаження” (0199U002750) та “Фізична природа надміцних станів в метастабільних титанових бета-сплавах” (0102U002831), а також в рамках проектів Українського Науково-Технологічного Центру №1248 “Основи економічної технології одержання автомобільних деталей з титанових сплавів методами порошкової металургії” та №2459 “Порошки титану та цирконію та вироби з них в широкому спектрі пористості для застосування в екологічних і інших цілях”.Показано, що підхід, запропонований в Інституті металофізики НАН України при синтезі алюмінидів титану, який базується на використанні порошку гідриду титану замість традиційного порошку титану, дає принципову можливість отримувати кінцеву густину синтезованих алюмінидів, близьку до теоретичного значення, без застосування ГІП. Паралельно досліджували різні суміші на основі порошків титану, отриманого методом гідрування-дегідрування титанової губки, і гідриду титану, відібраного після першої стадії цього процесу, одного і того ж розміру-100 мкм з додаванням ідентичних легуючих компонент. Вплив тиску пресування та типу сумішей загального складу Ti-6Al-4V на основі порошків титану і гідриду титану з різними варіантами легування на густину спресованих та синтезованих при 1350°С (швидкість нагрівання 10 °С/хв, охолодження з піччю) зразків наведено на рис. Проте, якщо враховувати низьку густину гідриду титану (3,9 г/см3) в порівнянні з титаном (4,51 г/см3), слід зазначити, що відносна густина пресовок із сумішей двох типів залежить від тиску практично однаково: пористість у тому і другому випадках складає, залежно від тиску пресування, 11-24%. Із співставлення рисунків 2а і 2б видно, що синтезовані з гідриду титану сплави мають суттєво вищу густину, ніж сплави, синтезовані із сумішей на основі титану з аналогічними легуючими доданками.