Структура и свойства многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из технически чистого титана ВТ1-0 и сплава ВТ23

• Автор: Макарова, Евгения Борисовна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 243 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ литературный обзор

1.1. Титан и его механические свойства.

1.2. Классификация титана и титановых сплавов

1.3. Области применение титана и его сплавов.

1.4. Способы упрочнения титана и сплавов на его основе.

1.4.1. Легирование титана.

1.4.2. Упрочнение титана и титановых сплавов методами термической обработки.

1.4.3. Особенности холодной пластической деформации титана

1.4.4. Упрочнение титана методами интенсивной пластической деформации

1.5. Получение слоистых композиционных материалов на основе титана методом сварки взрывом
1.6. Выводы.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы исследования
2.2. Химический анализ исследуемых материалов
2.3. Методы исследования структуры материалов
2.3.1. Оптическая металлография.
2.3.2. Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ.
2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия.
2.3.4. Рентгеноструктурные исследования.
2.3.4.1. Исследование фазового состава образцов.
2.3.4.2. Исследование напряженного состояния образцов.
2.4. Оценка механических свойств.
2.4.1. Дюрометрические исследования.
2.4.2. Прочностные испытания
2.4.3. Испытания па ударную вязкость
2.4.4. Усталостные испытания
2.4.5. Адгезионные испытания
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ КОСОМ СОУДАРЕНИИ ПЛАСТИН.
3.1. Постановка задач численного моделирования.
3.2. Константы материалов, используемые в расчетах.
3.3. Соударение двух титановых пластин.
3.4. Соударение пластин из титана и высокопрочного титанового сплава
3.5. Соударение пластины из высокопрочного титанового сплава с титановой пластиной.
3.6. Выводы
4. ФОРМИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ВТ ВТ МЕТОДОМ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ТОНКОЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА, НАХОДЯЩЕГОСЯ В РАЗЛИЧНОМ СТРУКТУРНОМ СОСТОЯНИИ
4.1. Анализ структурных превращений, происходящих при получении слоистого материала ВТ ВТ методом сварки
взрывом
4.1.1 Особенности строения многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом тонколистовых титановых заготовок.
4.1.1.1. Макроструктура слоистых композиционных материалов, полученных сваркой взрывом.
4.1.1.2. Микроструктура сваренных взрывом слоистых композиционных материалов
4.1.1.3. Микротвердость сварных швов в многослойных
материалах.
4.1.2. Электронномикроскопические исследования сварных швов в слоистых материалах из технически чистого титана
4.2. Определение остаточных напряжений в многослойных материалах, полученных сваркой взрывом
4.3. Механические свойства слоистых композиционных материалов
на основе технически чистого титана
4.3.1. Прочность слоистых материалов, полученных методом сварки взрывом пластин титана ВТ1 0
4.3.2. Ударная вязкость многослойных материалов ВТВТ0.
4.3.3. Определение прочности соединения слоев в сварных пакетах ВТ ВТ
4.3.4. Усталостные испытания многослойных материалов из технически чистого титана.
4.4. Структура и свойства титана ВТ после пластической деформации в холодном состоянии.
4.4.1. Структура и свойства трубчатых заготовок из технически чистого титана ВТ 1 0 после ротационной вытяжки
4.4.2. Влияние температуры отжига на структуру и свойства титана ВТ1 0 после ротационной вытяжки трубчатых заготовок.
4.5. Поверхностное упрочнение технически чистого титана высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой
4.5.1. Электронномикроскопические исследования слоистого композита, полученного сваркой взрывом поверхностноупрочненных пластин
4.6. Выводы.
5. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СЛОИСТОГО МАТЕРИАЛА ВТ1 0 ВТ, СФОРМИРОВАННОГО МЕТОДОМ СВАРКИ ВЗРЫВОМ
5.1. Технологические параметры сварки взрывом пластин из титановых сплавов различного химического состава
5.2. Структурные исследования слоистых композиционных материалов, полученных в процессе сварки взрывом
5.2.1. Электронномикроскопические исследования процесса локализации пластической деформации в композиционном материале, сваренном по угловой схеме. 1
5.2.2. Исследование строения многослойного материала ВТ ВТ методом просвечивающей электронной микроскопии
5.3. Микротвердость сварных швов в композиции ВТ1 0 ВТ
5.4. Механические свойства слоистых композитов ВТ ВТ
5.4.1. Прочностные испытания семислойных композитов ВТ ВТ.
5.4.2. Ударная вязкость слоистых композитов
5.4.3. Усталостные испытания многослойных материалов ВТ ВТ
5.5. Выводы.
6. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1. Преимущества слоистых композиционных материалов титан титан и титан титановый сплав перед промышленными титановыми сплавами и композиционными материалами на основе титана
6.2. Перспективы использования композиционных материалов в различных отраслях промышленности.
6.3. Использование результатов работы при реализации учебного процесса
6.4. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Мартенсит углеродистых сталей является раствором внедрения и характеризуется высокой прочностью и хрупкостью, в то время как мартенсит гитана является раствором замещения и характеризуется сравнительно слабым эффектом упрочнения 6. Мартенсит а имеет ромбическую кристаллическую решетку. Влияние каждой фазы на свойства титановых сплавов различно, афаза упрочняет титановый сплав, при ее распаде прочность надает. Мартенсит а может быть как реечным в низколегированном титане, так и пластинчатым в высоколегированном титане, а мартенсит является только пластинчатым. Мартенсит в титане имеет сложное строение. Обязательными элементами его структуры являются дислокации, двойники, дефекты упаковки. Эта фаза является когерентной по отношению к фазе. Выявить ее можно только рентгенографическим и электронномикроскопическим метода м и. Характерная особенность титана заключается в активном взаимодействии с кислородом, водородом, азотом и углеродом. Перечисленные элементы являются вредными примесями в титановых сплавах. Чем больше их в титане, тем выше твердость металла. Атомы кислорода и азота внедряются в пустоты кристаллов титана и деформируют его кристаллическую решетку, повышая жесткость межатомных связей 8. Содержание азота свыше 0, приводит к резкому снижению пластичности титана. Углерод в титане образует карбиды, в связи с этим снижается его ударная вязкость и затрудняется механическая обработка. Легирование титана кислородом приводит к охрупчиванию сплава 1,8. При взаимодействии с кислородом на поверхности титана возникает оксидная пленка. При температуре ниже 0 С образуется слой из Г3О5. Окисление материала в температурном диапазоне 0. С приводит к образованию рутила ТЮ2. В процессе окисления при температурах свыше 0 С образуются оксиды 0 и Гзрис. Толщина оксидной пленки зависит от температуры и времени выдержки металла в нагретом состоянии толщина пленки составляет 1,7 нм через 2 часа, нм через суток и мкм через 4 года 1. Микротвердость постепенно увеличивается в направлении от основного материала к поверхности с оксидной пленкой. При нагреве на воздухе титановые сплавы окисляются медленнее, чем технически чистый титан 1. В работе Э. М. Лазарева и З. М. Корниловой отмечается, что окалиностойкость титана повышается при легировании оловом до 0. С, цирконием до 0 С и алюминием и молибденом до С 9. Водород максимально растворяется в атитане при температуре 5 С и его количество может достигать 0, . При понижении температуры до . С количество водорода уменьшается до 0,2 , что приводит к образованию уфазы гидрид титана. Гидрид титана формируется по грани

у
7ОгГ
, ТгОзПОг
ТЮ2Г
ЮгГ
. Рис. Образование такой структуры сопровождается снижением ударной вязкости. Допустимое содержание водорода в техническом титане не должно быть выше 0,2. Проявляющаяся при повышенном содержании водорода водородная хрупкость отрицательно сказывается на свариваемости конструкций изза возникновения напряжений 1, 4. При термической обработке, горячей обработке давлением, литье или сварке водород растворяется в ртитане максимальная растворимость составляет 0,2 . При охлаждении в Ртитане создается повышенное внутреннее давление, приводящее к водородной хрупкости. Если титан нагревать в вакууме, то молекулы водорода распадаются и образовавшиеся протоны перемещаются к поверхности и удаляются. Азот способствует стабилизации афазы титана. Максимальная его растворимость в афазе составляет 6, . При температурах ниже ЛСз титан с азотом формирует на поверхности тонкий слой нитрида золотистого цвета. Ниже этого слоя образуется обогащенный азотом диффузионный слой , . По сравнению с кислородом азот в титане обладает малой диффузионной подвижностью. Микротвсрдость диффузионного слоя выше микротвсрдости основного металла. В результате взаимодействии титана и азога при температуре ниже С может быть образована ефаза в виде соединения Ту рис. Если в структуре титанового сплава содержится повышенное количество Рфазы, то глубина азотированного слоя будет больше, чем в титане с афазой. Это связано с большей скоростью диффузии азота в 3фазе. Толщина азотированного слоя зависит также от температуры обработки и длительности процесса 1,5.