Введение к работе
Актуальность темы. Интерес, проявляемый в настоящее время к тугоплавким соединениям, особенно к фазам внедрения, связан прежде всего с возможностью их широкого применения в качестве материалов для режущего, штампового инструмента, для изготовления износостойких покрытий, использования их в качестве компонентов твердых сплавов. Фазы внедрения, к которым относятся карбиды переходных металлов, обладают комплексом уникальных и специфических свойств. Эти соединения характеризуются широкой областью гомогенности. Например, у карбида титана область гомогенности лежит в пределах от ТіСо.4 до ТІСі.о. Дефектность по металлоиду, т.е. степень отклонения от стехиометрическо-го состава/оказывает существенное влияние на физико-механические и эксплуатационные свойства карбидов переходных металлов. Поэтому всестороннее исследование физических и механических свойств соединений типа фаз внедрения (карбидов, нитридов, боридов) в зависимости от степени отклонения от стехиометрии дает возможность конструирования новых материалов с заданным комплексом свойств и структурой.
К настоящему времени исследованию фаз внедрения посвящены ряд монографий, В этих работах рассматриваются особенности кристаллической структуры фаз внедрения, термодинамические аспекты нестехиометрических тугоплавких соединений, вопросы упорядочения и разупорядочения, физико-механические и эксплуатационные свойства таких соединений. Однако в литературе отсутствуют систематические данные о взаимосвязи микроструктуры и механических свойств в этих материалах, особенно при повышенных температурах, весьма ограниченно рассмотрены вопросы, касающиеся хрупко-вязкого перехода (ХВП) и пластической деформации нестехиометрических соединений, а также действующие механизмы пластической деформации. Решение этих вопросов являются весьма важными как с научной точки зрения, так и для практических приложений.
Цель работы. Настоящая работа посвящена проведению систематических исследований деформационного поведения карбида титана переменного состава в широком температурно-скоростном интервале и выявлению закономерностей структурных изменений при деформации, а также установлению действующих механизмов деформации таких соединений.
В работе ставились и решались следующие частные задачи:
-
Изучение влияния структурных факторов и условий деформации на хрупко-вязкий переход в карбиде титана переменного состава.
-
Исследование деформационных характеристик фаз переменного состава в широком тёмпературно-скоростном интервале.
-
Изучение влияния высокотемпературной деформации на структуру таких соединений.
-
Установление действующих механизмов высокотемпературной деформации карбида титана различного состава.
-
Разработка практических рекомендаций для обработки соединений на. основе фаз переменного состава.
Научная новизна. Экспериментально установлено, что изменения размера зерен, химического состава и условий деформации позволяют управлять температурой хрупко-вязкого перехода карбида титана переменного состава. Переход карбида титана из хрупкого в пластическое состояние связан с началом действия внутризеренного дислокационного скольжения в карбидных зернах. Впервые показано, что высокотемпературная деформация, карбида титана переменного состава инициирует изменение химического состава карбидной фазы и морфологии фаз, в то время как отжиг при температурах, соответствующих температурам деформации, не приводит к существенному изменению химического состава и морфологии фаз.
На основе систематических исследований эволюции микроструктуры при высокотемпературной деформации карбида титана установлен новый механизм динамической рекристаллизации, обеспечивающий формирование мелкозернистой
«
микродуплексной микроструктуры и переход в сверхпластическое состояние.
Экспериментально показано, что деформация карбида титана переменного состава возможна лишь при совместной деформации металлической и карбидной фазы. Установлено, что в условиях сверхпластичности деформация карбида титана переменного состава происходит путем внутризеренного дислокационного скольжения и зернограничного проскальзывания по межфазным границам.
Научная и практическая значимость. Полученные результаты важны для более глубокого понимания взаимосвязи между структурой и свойствами фаз переменного состава, а также представляют интерес для дальнейшего развития ' теории пластической деформации и фазовых превращений в керамиках. На основе обобщенных данных по температурам хрупко-вязкого перехода в карбиде тита-
на различного химического состава можно установить температурные границы работы таких материалов в качестве конструкционных. Установленные температур-но-скоростные режимы деформации карбида титана с различным составом могут быть использованы для выбора режимов обработки таких материалов методами пластической деформации. Предложены режимы обработки карбида титана с большим отклонением от стехиометрического состава'для получения материалов с градиентом свойств по сечению материала. На защиту выносятся:
-
Результаты анализа влияния структурных параметров и условий деформации на хрупко-вязкий переход карбида титана переменного состава.
-
Данные о деформационном поведении карбида титана переменного состава при температурах выше температуры хрупко-вязкого перехода.
-
Данные о влиянии высокотемпературной деформации на фазовые превращения и морфологию фаз в карбиде титана.
-
Механизм формирования мелкозернистой микроструктуры в условиях горячей деформации карбида титана переменного состава.
-
Температурно-скоростные режимы деформации карбида титана переменного состава и способ получения материала с градиентом свойств.
Апробация результатов работ. Основные положения и результаты работы доложены Vi обсуждены на: 16-ой Всесоюзной конференции "Порошковая металлургия" (Свердловск, 1989), 4-ой Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов" (Уфа, 1989), 1 -Inter. Symposium "Self-Propagating High-Temperature Synthesis" (Alma-Ata, 1991), 5-ой Всесоюзной конференции "Сверхпластичность неорганических материалов" (Уфа, 1992), 4-ой Европейской конференции-выставке по материалам и технологиям "Восток-Запад" (Санкт-Петербург, Россия, 1993), Inter. Conf. "Superplasticity in Advanced Materials" (Moscow-Ufa, 1994), Inter. Conf. "Advanced Materials and Promising Technologies- AMPT95" (Dublin, Ireland, 1995).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8 публикациях в научных отечественных и зарубежных журналах и получены 1 авторское свидетельство и 4 патента РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 117 наименований. Общий объем диссертации составляет 113 страниц машинописного текста, содержит 29 рисунков и 6 таблиц.
