Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 и сплавов ПТ-3В и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой

• Автор: Круковский, Константин Витальевич
• Шифр специальности: 05.16.01, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ (литературный обзор)
1.1 Основные закономерности трения и изнашивания металлических материалов
1.1.1 Молекулярно-механическая теория трения и элементарные виды разрушения поверхностей при трении
1.1.2 Стадии изнашивания и особенности контактирования поверхностей тел в паре трения
1.1.3 Основные виды изнашивания
1.2 Трибологические свойства титана и его сплавов и методы повышения их износостойкости
1.2.1 Особенности трибологических свойств титана и его
сплавов
1.2.2 Методы повышения износостойкости титана и его
сплавов
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Постановка задачи
2.2 Материалы исследования
2.3 Методики исследования
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНА ВТ1-0 С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ И УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
3.1 Технология получения, структура и свойства титана ВТ1-0 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой
3.2 Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с крупнозернистой
структурой
3.3 Закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с ультрамелкозернистой структурой
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПТ-ЗВ И ВТ6 С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ И
УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
4.1 Технология получения, структура и свойства титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой
4.2 Закономерности изнашивания титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой структурой
4.3 Закономерности изнашивания титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с ультрамелкозернистой структурой
5. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОДОЗНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТИТАНА ВТ1-0 И СПЛАВОВ ПТ-ЗВ И ВТ6
5.1 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с крупнозернистой структурой
5.2 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания титана ВТ1-0 с ультрамелкозернистой структурой
5.3 Влияние высокодозной ионной имплантации на закономерности изнашивания сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 с крупнозернистой структурой
6. ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ПОВЫШЕНИИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ТИТАНА ВТ1-0 С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
6.1 Электроискровое легирование медью
6.2 Электроискровое легирование углеродом
6.3 Электроискровое легирование титаном
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Титан и его сплавы на сегодняшний день являются одними из перспективных конструкционных материалов для применения во многих областях современной техники и медицины. Они обладают уникальным набором ценных свойств, к которым относятся высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, жаропрочность, низкая хладноломкость. Такие свойства титана и его сплавов во многих случаях компенсируют их высокую стоимость, а в некоторых случаях они являются безальтернативными материалами, способным работать в данных конкретных условиях. Благодаря высокой удельной прочности и жаропрочности титан и его сплавы находят широкое применение в авиации, ракетостроении и космонавтике. Высокая коррозионная стойкость во многих химически активных средах обусловила применение титана и его сплавов в химической промышленности. Одним из ценных свойств титана и его сплавов является биологическая совместимость с живой тканью, что делает их идеальным материалом для изготовления эндопротезов в имплантационной медицине. Титан применяется в судостроении, машиностроении, спортивном автомобилестроении, для изготовления спортивного инвентаря, в строительстве, в ювелирном деле. Важное значение имеет также большая распространенность титана в природе. В земной коре содержится около 0,60% титана. Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию [1-5]. Но титан и его сплавы имеют низкое сопротивление изнашиванию, что обусловлено их высокой химической активностью. Оксидная пассивирующая плёнка, которая придаёт титановым сплавам уникальную коррозионную стойкость, имеет очень малую толщину - около 5 нм, и при трении практически сразу разрушается. Образующиеся при этом ювенильные поверхности интенсивно взаимодействуют с контактирующим материалом с образованием мостиков схватывания (холодная сварка), что, в свою очередь, приводит к

титановому диску с амплитудой 1 мм и общим путем трения 10-К50 м, установили, что скорость изнашивания титана с УМЗ структурой, полученной методом РКУ прессования при температуре 673 К, ниже, чем у крупнозернистого титана, полученного отжигом титана с ультрамелкозернистой структурой в течение 8 часов при 1073 К. Отмечается, что при переходе к УМЗ структуре механизмы адгезии и отслоения, характерные для крупнозернистого материала, сменяются механизмами «пропахивания» (ploughing) и отслоения.
В работе [25] УМЗ состояние со средним размером зерен 60 нм в титане получали при комнатной температуре деформацией сдвига методом, который авторы обозначили аббревиатурой LSEM (large strain extrusion machining). При испытании по методу «стальной шарик по титановому диску» по измерениям ширины и профиля дорожки трения после пути трения 30 м, также был сделан вывод о более высоком сопротивлении изнашиванию материала с УМЗ структурой. Авторы отмечают, что при доминирующем адгезионном механизме изнашивания, наблюдается и абразивный механизм.
Таким образом, имеющиеся литературные данные свидетельствуют о том, что в эксперименте можно обнаружить как положительное, так и отрицательное влияние УМЗ структуры на сопротивление изнашиванию титана и титановых сплавов. В связи с этим актуальным является выяснение причин, определяющих противоречивые выводы, сделанные в цитированных работах. Не подвергая сомнению достоверность и важность полученных в работах [17-25] результатов, отметим, что одной из причин противоречивости этих выводов, является использование в указанных работах разных схем (методик) триботехнических испытаний, что, как справедливо отмечается в работе [23], может в значительной степени повлиять на результаты испытаний. Поэтому корректно сравнивать только результаты, полученные при одинаковых условиях испытаний. Обращает также на себя внимание тот факт, что во всех работах испытания на ультрамелкозернистом титане выполнены при малом пути трения, максимальный же путь трения 540 метров был в работе [23].