Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6

• Автор: Пешков, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Введение.

1. Состояние вопроса и формирование задач исследования.

1.1. Титановый теплообменник, его конструкция, способ

изготовления1

1.2. Взаимодействие титана с азотом.

1.3. Поведение газов в контактном зазоре при нагреве

1.4. 1 роцессь, протекающие в контакте титана со сталью

при термообработке.

1.4.1. Изменение толщины оксидов.

1.4.2. Схватывание титана со сталью

1.4.3. Образование твердых растворов, химических соединений и интерметаллидов.

1.5. Влияние примесей на служебные свойства титана
1.5.1. Влияние примесей, равномерно распределенных в объеме титана, на его свойства.
1.5.2. Влияние диффузионных слоев и поверхностных пленок на свойства титана.
1.6. Цель и задачи исследований.
2 Методики проведения исследований
2.1. Материалы
2.2. Методики структурных исследований
2.2.1. Измерение микротврдости
2.2.2. Оптическая и растровая электронная микроскопия
2.2.3. Рентгеноструктурный и спектральный анализы.
2.3. Определение глубины диффузионных слоев на поверхности
титана.
2.4. Определение глубины охрупченной части диффузионного слоя
на поверхности титана
2.5. Механические испытания.
2.6. Коррозионные испытания.
2.7. Установки и оборудование.
2.8. Обработка результатов экспериментальных исследований
3. Анализ процесса изменения состава газовой смеси в контактном зазоре между титановой оболочкой и стальной технологической оснасткой при термообработке.
3.1. Оценка величины зазора между теплообменником и оснасткой
при сборке для термообработки.
3.2. Построение физико математической модели
3.3. Численный анализ полученных зависимостей.
3.4. Экспериментальная проверка результатов
теоретического анализа
3.5. Результат, и выводы
4. Взаимодействие сплава ВТ6 с азотом при термообработке в газовой смеси аргона с азотом и влияние этого процесса на служебные
свойства сплава.
4.1. Влияние парциального давления азота в смеси с аргоном на состояние поверхности и приповерхностных слоев титана.
4.2. Кинетика взаимодействия сплава ВТ6 с азотом при термообработке в газовой смеси аргона с азотом 1,0
4.2.1. Кинетика роста нитридов.
4.2.2. Кинетика росза охрупченных слоев
4.2.3. Кинетика роста газонасыщенных слоев.
4.3. Высокотемпературная ползучесть сплава ВТ
4.3.1. Ползучесть в среде аргона.
4.3.2. Ползучесть в газовой смеси аргона с азотом.
4.4. Влияние термообработки сплава ВТ6 в смеси аргона
с азотом на его механические свойства
4.5. Результаты и выводы.
5. Взаимодействие сплава ВТ6 со стальной оснасткой при термообработке и влияние этого процесса на служебные
свойства титана
5.1. Кинетика образования охрупченных слоев на поверхности
сплава ВТ6 при его контактном взаимодействии со сталью
5.1.1. Взаимодействие титана со сталью в первом
термическом цикле
5.1.2. Взаимодействие титана со сталью в четвртом термическом цикле
5.2. Влияние процесса высокотемпературного взаимодействия сплава ВТ6 со сталью на его служебные свойства.
5.2.1. Повторно статическая выносливость сплава ВТ6.
5.2.2. Коррозионная стойкость сплава ВТ
5.3. Разработка процесса тврдофазного азотирования титана
5.3.1. Анализ процесса взаимодействия титана
с азотированной сталью.
5.3.2. Кинетика роста охрупченных слов на сплаве ВТ6 при его термообработке в контакте с азотированной сталью.
5.3.3. Влияние охрупченных слов, образующихся на титане при контактном взаимодействии с азотированной сталью, на его повторно статическую выносливость
5.4. Повышение циклической долговечности аргона с азотом сплава ВТ6, азотированного в смеси аргона с азотом
5.4.1. Повышение циклической выносливости восстановительным отжигом
5.4.2. Повышение циклической выносливости химическим стравливанием поверхностных слов
5.5. Результаты и выводы.
Использование газовой смеси аргона с азотом при диффузионной
сварке оболочек теплообменника из сплава В Гб.
Основные выводы и результаты
Литература


Титан и его сплавы имеют два основных преимущества по сравнению с другими конструкционными металлами высокую удельную прочность и коррозионную стойкость в ряде агрессивных сред 1 и др Наиболее ярко преимущества титановых сплавов проявляются в производстве авиационной и ракетнокосмической техники, где масса конструкции имеет большое значение. Одним из путей снижения массы летательных аппаратов является изготовление их узлов из тонкостенных слоистых конструкций, которые характеризуются малой толщиной входящих элементов, относительно большой протяженностью и развитой поверхностью контактирования . К этому классу конструкций следует отнести и оболочковые конструкции, используемые в качестве теплообменников энергетических установок. Титановый теплообменник это крупногабаритная двухслойная конструкция рис. Внутренняя оболочка формуется из листа толщиной 3 мм, а наружная из листа толщиной 0,8 мм. Ребра на внешней поверхности внутренней оболочки изготавливают фрезерованием . Рис. I и внутренняя 2 оболочки. Для предотвращения окисления процесс сварки ведется в защитной среде , . При изготовлении оболочковых конструкций может быть использована технологическая схема рис. Межоболочковая полость
теплообменника вакуумируется до разрежения 5 Па, а давление газовой среды в полости печи воспринимается непосредственно внешними поверхностями оболочек. Однако в процессе диффузионной сварки оболочки на неподкрепленных участках иод давлением газа деформируются прогибаются. Это, с одной стороны, ухудшает условия для формирования диффузионного соединения, а с другой уменьшает сечение трактов охлаждения, ухудшает аэродинамическое состояние поверхности и т. Помимо локальной деформации поверхности оболочек при диффузионной сварке крупногабаритных конструкций оживалыюй формы, возможна и их макродеформация под действием собственного веса, т. С не обладают достаточной собственной жесткостью. Уменьшение локальной деформации оболочек на неподкрепленных участках может быть достигнуто применением двухслойных структурных композитов , . Однако сам процесс получения этих композитов вызывает большие затруднения. Повышение сопротивления высокотемпературной деформации оболочек может быть достигнуто путем использования для создания давления активной среды, взаимодействующей с наружной поверхностью оболочек и упрочняющей е. В качестве такой среды предлагается использовать газовую смесь, состоящую из азота и аргона . Однако, как показали дополнительно проведенные нами исследования,
ж
Рис. Технологическая схема изготовления оболочковых конструкций а требуемая конструкция б заготовки для диффузионной сварки в сварка г характер деформации элементов при сварке. Рис. Схема сборки оболочковой конструкции для термообработки. Для сохранения макрогеометрии крупногабаритных оболочковых конструкций необходимо использовать технологическую оснастку в виде посадочного места, наружный контур которого повторяет внутренний профиль оболочки рис. Для изготовления оснастки может быть использована сталь, как наиболее доступный и дешевый конструкционный материал, однако вопрос влияния стали на свойства титана остается открытым и он должен решаться на основании анализа процессов, протекающих в контакте титана со сталью. Таким образом, из сказанного выше следует, что, вопервых, использование активных сред для создания сжимающих давлений при термодиффузионном сращивании оболочек вероятно является эффективным средством для уменьшения их локальной деформации и, вовторых, для исключения макродеформации конструкции необходимо использовать стальную технологическую оснастку. Поэтому более подробно проанализируем процессы взаимодействия титана с азотом и со стальной технологической оснасткой. В связи с высокой химической активностью титан и его сплавы в той или иной мере взаимодействуют с газами, входящими в состав атмосферы. Взаимодействие титана и его сплавов с азотом менее интенсивно, чем с кислородом, и начинается при довольно высоких температурах. Согласно при нагреве до 5 0 С на его поверхности не обнаруживается даже следов нитридной пленки.