Введение к работе
Актуальпость темы. За последние десятилетия существенно изменились взгляды на водород, как только вредную примесь, вызывающую явление водородной хрупкости в металлах, образованию флокенов в сталях и т.д. Достоинством водорода является его высокая диффузионная подвижность по сравнению с другими химическими элементами, за счет чего водород достаточно хорошо поглощается материалами и также легко удаляется из твердого раствора при термической обработке в вакууме. В связи с этим, направлению по использованию водорода в качестве временного, а иногда и постоянного легирующего элемента в различных сплавах, особенно на основе титана, в литературе уделяется большое внимание. Показано, что водород может повышать технологическую пластичность титановых сплавов (водородное пластифицирование), приводить к необходимым структурным изменениям (например, измельчению зеренной структуры в результате рекристаллизации за счет водородофазового наклепа) вследствие его регулируемого влияния на фазовый состав и процессы структурообразования в сплавах.
Несмотря на значительный объем проведенных исследований по изучению роли водорода в формировании фазового состава и свойств как модельных (двойных), так и многокомпонентных сплавов, остается много вопросов, связанных с его влиянием на устойчивость высокотемпературного р-твердого раствора в сплавах титана с различным типом р-стабшшзатора (изоморфным, эвтектоидным) к превращениям при закалке, а также на процессы разупорядочения в упорядоченном твердом растворе. Получение новых значений по этим вопросам является актуальным как с научной, так и с практической стороны, так как позволит более точно оценивать роль водорода как временного легирующего элемента, способного заменить другие Р-стабилизаторы.
Для установления общих закономерностей, определяющих характер превращений в титановых сплавах с водородом, в настоящей работе в качестве материалов исследования были выбраны двойные сплавы систем титан-ванадий (ванадий является р-изоморфным стабилизатором и одним из основных легирующих элементов большинства промышленных сплавов), титан-хром (хром - Р-эвтектоидный стабилизатор, который повышает коррозионную стойкость сплавов титана, обеспечивает эффективное упрочнение Р-твердого раствора и дисперсионное твердение при старении) и упорядоченный сплав на основе интерметаллида ТігАШЬ (перспективный интерметаллидный сплав, характеризующийся лучшим комплексом свойств по сравнению со сплавами на основе ТізАІ и .ТІА1).
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научной деятельности кафедры «Термообработка и физика металлов» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» в рамках госбюджетных научно-исследовательских работ: № 2218 «Исследование фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, обладающих полиморфизмом» (2007 -2008 гг) - тематический план Минобрнауки РФ; №2210 «Разработка и исследование объемных высокопрочных материалов на основе сплавов и интерметаллидов титана и технологий их получения для новых конструкционных и функциональных применений» (2006 - 2008 гг) - проект РНП 2.1.1.6544 в аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», а так же гранта CRDF, ЕК-005 - Научно-образовательный центр «Перспективные материалы» (2004-2008 гг).
Целью работы является исследование влияния легирования водородом на фазовые и структурные превращения, и установление особенностей формирования структуры в сплавах систем Ti-V, Ti-Cr, ТігАДОЬ.
В работе были поставлены следующие задачи:
- установить особенности формирования структуры, морфологии выделяющихся
фаз, закономерности протекания фазовых превращений при термическом воздействии и
соотношения объемных долей фаз на примере многофазных сплавов систем Ti-V, Ti-V-H;
Ti-Cr, Ti-Cr-H;
- рассмотреть влияние водорода на протекание фазовых и структурных
превращений в сплаве на основе орторомбического алюминида титана ТІ2АІМ).
Научная новизна
Найдена, при закалке в системе Ti-V, атермическая со-фаза аномальной «плотовой» морфологии, которая образуется при концентрации Р-стабилизатора, когда температура начала мартенситного превращения (Мн) равняется температуре образования ш-фазы (То), что, по-видимому, характерно для двойных сплавов с изоморфными р-стабилизаторами.
Обнаружено, что в системе Ti-V-H образующиеся при закалке гидриды имеют разные места зарождения. 6 - гидрид с ГЦК - решеткой выделяется внутри мартенситных пластин, а X - гидрид с ОЦТ-решеткой выделяется непосредственно из Р-матрицы.
Впервые показано, что при закалке сплава на основе интерметаллида ТігАЕЧЬ в упорядоченном р-твердом растворе наблюдается образование упорядоченпой атермической ш-фазы при электронной концентрации, характерной для появления ш-фазы в неупорядоченном Р-твердом растворе в титановых сплавах.
Показано влияние водорода на изменение электронной концентрации (е/а) Р-твердого раствора и ее (е/а) связь с формированием метастабильных фаз при закалке исследованных сплавов.
Практическая значимость. Предложена методика расчета электронной концентрации в титановых сплавах с водородом, позволяющая обосновать (предсказать) образование тех или иных фаз при закалке из р-области и оценивать температуру перехода в однофазную р-область.
Определены температурные интервалы существования фазовых областей в сплаве на основе интерметаллида TiiAlNb, позволяющие научно-обоснованно осуществлять выбор температур нагрева под высокотемпературную термическую обработку.
Отработана методика определения методом ДСК температуры фазового перехода порядок <-+ беспорядок (Тв2« ая) в интерметаллидном сплаве на основе IbAlNb.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты.
1. Данные по анализу структурных и фазовых превращений в закаленных сплавах
систем Ті—(9...18) масс. % V, Ті—(4...15) масс. % Сг и в интерметаллидном сплаве на
основе Ti2AlNb.
-
Результаты влияния водорода на стабильность высокотемпературного Р-твердого раствора при закалке сплавов систем Ti-V, Ti-Cr, а также на процессы упорядочения в твердом растворе и положение температур фазовых переходов в интерметаллидном сплаве на основе ТігАШЬ.
-
Методики термического анализа, расчета электронной концентрации в исследованных сплавах с водородом, позволяющие определять температуры фазовых переходов и прогнозировать фазовый состав.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на международных конференциях «Ті-2006 в СНГ», Суздаль, 2006 г., «Ті-2007 в СНГ», Ялта, 2007 г., «Ті-2008 в СНГ», С-Петербург, 2008 г.; VII - IX международных научно-технических конференциях «Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых», Екатеринбург, 2006...2008 г.; Ш, IV Российских научно-технических конференциях «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2005, 2007 г.; VIII, ГХ, XI, XII, XV отчетных научных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», Екатеринбург, 2005.. .2008 r.;XDC Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Екатеринбург. 2008 г.;
