Влияние технологии выплавки и обработки давлением на структуру и свойства полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана

• Автор: Александров, Андрей Валентинович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Методы плавки сплавов на основе титана

1.1.1 Вакуумно-дуговая плавка (ВДП)

1.1.2 Плавка по методу ГРЭ

1.1.3 Процессы выплавки титана в печах с холодным подом

1.1.4 Индукционная плавка титана

1.1.5 СВЧ плавка

1.2 Получение деформированных полуфабрикатов титановых
сплавов
1.3 Термическая обработка титановых сплавов
1.4 Особенности технологии получения и применения сплавов на основе никелида титана
1.4.1 Эффект памяти формы
1.4.2 Получение никелида титана и полуфабрикатов на его основе
1.4.3 Обзор некоторых зарубежных исследований, посвященных вопросам термомеханических свойств никелида титана
1.4.4 Применение никелида титана
1.5 Заключение по литературному обзору
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования
Глава 3. Влияние метода и технологии выплавки слитков на структуру и свойства
сплавов на основе никелида титана
3.1 Исследование влияния состава и качества шихтового материала на структуру и свойства слитков сплавов на основе никелида титана, полученных вакуумно-дуговым переплавом с нерасходуемым электродом

3.2 Исследование однородности химического состава, структуры и свойств слитков сплавов на основе никелида титана, полученных вакуумнодуговым переплавом с расходуемым электродом
3.3 Влияние состава шихты на структуру и свойства слитков сплавов на основе никелида титана, полученных вакуумно-индукционной плавкой
в установке с холодным тиглем
3.4 Выводы
Глава 4. Влияние режимов деформации и термической обработки на структуру и
свойства полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана
4.1 Влияние метода плавки и схемы деформации на структуру сплавов на основе никелида титана
4.2 Влияние температуры деформации и термообработки на структуру и свойства сплавов на основе никелида титана
4.3 Выводы
Глава 5. Разработка технологических рекомендаций по производству
полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана с требуемым уровнем термомеханических характеристик
5.1 Разработка рекомендаций по выбору химического состава и технологии выплавки слитка
5.2 Рекомендации по технологии получения полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана методами обработки давлением
5.3 Разработка технологических рекомендаций для производства полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана с заданными термомеханическими свойствами
5.4 Выводы
Основные выводы
Список литературы
Приложения
III/II, I ||'
I , ' ' I

'4" ** '
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Сплавы на основе интерметаллидов могут существенно отличаться по своим физикомеханическим свойствам от сплавов на основе их компонентов, что позволяет создавать новые материалы с особыми механическими
функциональными свойствами. Так соединения титана и алюминия обладают высокими жаропрочными свойствами, а эквиатомный интерметаллид титана и никеля (никелид титана) - эффектом запоминания формы (ЭЗФ) и
• I ;
сверхупругостью (СУ). Сплавы на основе никелида титана были разработаны в
. с Ч $
1965 году в США и получили название нитинол. В Советском Союзе они,
ч “ < ‘
исследовались с конца 70-х годов прошлого века и известны как сплавы ТН1 (Т1
53.5-56,5% №а’), ТН1К (Т1 - 48-57% № - 1,5-3% Бс) и ТНМЗ (И : 48-57%.№ г'
2.5-3,5%Си). 'V ' ’ ‘ ‘

Эти материалы нашли применение в различных областях техники: в авиа- и судостроении (термомеханические соединения' трубопроводов), космическойг
технике (самораскрывающиеся антенны и солнечные батареи), медицине

(имплантаты и инструменты). Однако, широкому применению сплавов на основе 1 никелида титана препятствовала их высокая стоимость, связанная со сложностью технологии производства и обеспечения требуемого уровня характеристик ЭЗФ и СУ. Разработанная в середине 90-х годов прошлого века технология получения
1У {
полуфабрикатов, включающая комбинированный метод плавки (гарнисажная1 плавка и последующий вакуумно-дуговой переплав), позволяла получать большие слитки (до 700кг), но не обеспечивала необходимые прецезионность и однородность их состава и структуры. В результате этого характеристики ЭЗФ и СУ такого материала различаются по объему слитка и полученного последующей деформацией полуфабриката. Необходимость отбора материала, с требуемыми
здесь и далее по тексту содержание легирующих элементов приведено в массовых процентах

установлено, что существует обширный класс материалов, у которых элементарный акт пластичности осуществляется за счет обратимого мартенситного превращения, упругого двойникования и ряда других процессов, коренным образом изменяющих закономерности неупругого деформирования.
У этих сплавов, в частности, может наблюдаться полная или частичная обратимость неупругой деформации, называемая эффектом памяти формы. Металлы, обладающие этим эффектом, относятся к числу наиболее ярких представителей материалов со специальными свойствами: высокие механические характеристики, сопротивление усталости, коррозионная стойкость и необычные свойства, такие как термомеханическая память, реактивное напряжение. Из большого числа сплавов с ЭФП наиболее перспективными для практического применения являются сплавы типа Ть№, обычно называемые никелидом титана' или нитинолом [63]. 1 ’
В основе ЭПФ большинства сплавов лежат так называемые термоупругие мартенситные превращения (ТУМП). Теория мартенситных превращений1 основывается на фундаментальных представлениях о закономерном характере
перестройки кристаллической решетки и когерентности сосуществующих фаз ’

аустенита (А) и мартенсита (М). ' >

Для сплавов с ТУМП характерна зависимость фазового состава от

температуры, представленная на рисунке 1.2. >
При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться с некоторой температуры Мн. При дальнейшем охлаждении количество мартенситной фазы увеличивается, и полное превращение аустенита в мартенсит заканчивается при некоторой температуре Мк. Ниже этой температуры термодинамически устойчивой остается только мартенситная фаза. При нагреве превращение мартенсита в аустенит начинается с некоторой температуры Ан и полностью заканчивается при температуре Ак. При полном термоциклировании получается гистерезисная петля. Ширина гистерезисной петли по температурной