Закономірності термодифузійних процесів у високому вакуумі та їх вплив на структуру і властивості поверхневих шарів титанових сплавів - Автореферат

Оскільки титан та сплави на його основі за дії високої температури (T > 873 K) активно взаємодіють із газами з утворенням поверхневих плівок (оксидних, нітридних або оксинітридних) та поверхневого дифузійного (газонасиченого) шару, під час термічної обробки відповідальних виробів застосовують захисні середовища (інертні гази, вакуум тощо). Високовакуумну термічну обробку (ВВТО) титанових сплавів застосовують після механічної обробки, гарячого деформування та інших технологічних операцій, які спричинюють наводнення металу, а після зварювання, травлення та водневих технологій ВВТО виробів із титанових сплавів є обовязковою. Інтенсивність процесів газонасичення та сублімації залежить від багатьох факторів: газодинамічних та температурно-часових параметрів розрідженого газового середовища (РГС), фазово-струкутурного та напруженого стану матеріалу тощо. наслідком високотемпературної взаємодії титанових сплавів із РГС є пошкодження поверхневого шару металу, який відіграє вирішальну роль у забезпеченні працездатності виробів, що експлуатуються в умовах циклічного навантаження. Карпенка за програмою фундаментальних досліджень “Космическая физика металлов” (Постанова ДКНТ СРСР № 49 від 22.02.1988), за темою “Разработка методов повышения работоспособности алюминиевых и титановых сплавов в жидких и газовых средах” № держ. реєстрації 01860043084, шифр теми 9.23.9.24 (затверджено постановою Президії АН УРСР № 474 від 27.12.1985 р.), по проекту 7.02.02/029-92 ДНТП 6.02 “Нові матеріали” (комплексний проект 6.02.02/001 К-95) “Розробка технологій підвищення працездатності та експлуатаційної надійності виробів з титанових сплавів для авіаційної та космічної техніки на основі принципово нових підходів до використання контрольованих газових середовищ при термічній та хіміко-термічній обробці” № держ. реєстрації 0193U029966, та за темою 2.25.3.3 “Дослідження закономірностей і механізмів формування оксидних і нітридних шарів в нестаціонарних умовах” (затверджена Постановою Відділення ФТПМ НАНУ, протокол № 8 від 13.05.1997) № держ. реєстрації 0197U019049. Мета роботи - встановити закономірності газонасичення і сублімації під час високотемпературної взаємодії титанових сплавів із РГС, вплив цих процесів на структуру і властивості поверхневого шару металу та розробити методику вибору оптимальних режимів високовакуумної ТО титанових сплавів.Відсутні розрахункові моделі, що повязують рівень насичення домішкою втілення поверхневого шару титанових сплавів із температурно-часовими та газодинамічними параметрами ВВТО з одночасною сублімацією легувального елементу. У третьому розділі на основі аналізу зміни ізобарно-ізотермічних потенціалів реакцій утворення хімічних сполук між газами та легувальними елементами титанових сплавів встановлено, що ймовірність взаємодії з киснем (розчинення в титані та утворення оксидів) найвища порівняно з іншими газами залишкової атмосфери. за тиском насиченої пари чистих елементів та їх оксидів, тиском дисоціації оксидів здійснений термодинамічний аналіз процесів, що можуть реалізовуватися у високому вакуумі при температурах 923…1273 К. Результатом дифузійного насичення металу газами з РГС (переважно киснем) є газонасичені шари з підвищеною порівняно із серцевиною твердістю, з різним її градієнтом та розміром зміцненої зони, що визначається фазовим складом сплаву, тиском та температурою середовища. наслідком сублімації є розвиток мікрорельєфу поверхні, збіднення поверхневого шару легувальними елементами та повязані з цим фазово-структурні зміни. Проте після ВВТО з параметрами T ? 1123 К, 0,13 ? P ? 13,3 МПА, t ? 8 год, значних змін у структурі поверхневого шару та в розподілі легувальних елементів для більшості сплавів не спостерігається, лише для сплаву ОТ4-1 сублімація Mn та газонасичення киснем змінюють структуру поверхневого шару: спостерігається ріст збагачених киснем а-зерен, утворення збідненої Mn поверхневої зони. У (a b)-титановому сплаві ВТ6С формується газонасичений шар з меншим градієнтом твердості та більшого розміру, порівняно з а-сплавами, при значному розтравлюванні поверхні, що повязано з його хімічним та фазовим складом. більша кількість b-фази в сплаві зумовлює глибше проникнення домішок втілення за рахунок більшого на 2 порядки, ніж для а-фази, коефіцієнту дифузії, а присутність елементів (V, Mo) з високим тиском насиченої пари оксидів - пришвидшує сублімацію, що пошкоджує поверхню.У дисертації здійснене теоретичне узагальнення експериментальних результатів й удосконалено підхід до фізико-математичного опису дифузійного газонасичення титанових сплавів у середовищі високого вакууму, вирішена задача оптимізації параметрів високовакуумної термообробки титанових сплавів. Встановлено кінетичні залежності газонасичення a-та псевдо-а-титанових сплавів та сублімації їх складових у діапазоні температур (923…1273 К) та тиску розрідженого газового середовища (0,133…13,3 МПА). Підтверджено, що у високому вакуумі в результаті сублімації та газонасичення відбуваються фазово-структурні зміни в пов

Основний зміст роботи