Введение к работе
Актуальность работы
Получение слоистых композиционных материалов (СКМ) для деталей и узлов машин, конструкций из них, на основе металлических материалов, является актуальной проблемой для машиностроения, металлургии, авиационно-космической, радиотехнической и других отраслей промышленности. Одним из путей решения которой является получение СКМ диффузионным соединением, позволяющим создавать конструкции из материалов со свойствами, недостижимыми другими способами соединения. Основной вклад в формирование и развитие теории и практики диффузионного соединения внесли такие ученые, как Шоршоров М.Х., Гегузин Я.Е., Балыпин М.Ю., Каракозов Э.С, Казаков НФ., КонюшковГВ. и др.
Большинство СКМ, полученных диффузионным соединением, хорошо изучены, при этом основное внимание уделено прочностным и эксплуатационным свойствам.
Недостаточно исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия и фазообразования в переходной зоне. Практически отсутствуют данные по коэффициентам взаимной диффузии химических элементов при температуре соединения и критерии достаточности для ширины переходной зоны, необходимых для проектирования и создания СКМ с заданными прочностными свойствами. А также отсутствует методика расчета основных параметров технологических режимов, которая позволила бы сократить объем расчетных и экспериментальных работ на стадии подготовки производства СКМ диффузионным соединением.
Поэтому исследования физико-химических процессов на границах раздела в СКМ, микроструктуры и распределения химических элементов в переходной зоне являются актуальной задачей при создании конструкций из разнородных металлов и сплавов и разработке методик расчета технологических режимов.
Целью диссертационной работы является получение и исследование слоистых композиционных материалов с заданными прочностными свойствами на основе диффузионного соединения разнородных металлов и сплавов: БрХ08-(М-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; BT14-ZrRe;BT14-Ta-MenbMl-12X18H10T.
Основные решаемые задачи:
получение СКМ диффузионным соединением тугоплавких материалов с пластичными материалами и тугоплавких с тугоплавкими и исследование их микроструктуры;
исследование фазообразования и диффузионных процессов на границе раздела соединений металлических материалов;
-изучение концентрационного распределения химических элементов в СКМ и определение ширины переходной зоны;
расчет коэффициентов взаимной диффузии в переходных зонах соединений металлических материалов;
изучение механических свойств СКМ;
определение критерия достаточности для ширины переходной диффузионной зоны при проектировании и создании СКМ с заданными прочностными свойствами;
-разработка инженерной методики расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлов и сплавов.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовались методы оптической и электронной микроскопии; энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа, стандартизованные методы испытаний и исследования механических свойств.
Научная новизна
1. Исследованы процессы объемного диффузионного взаимодействия на межфазных границах СКМ и рассчитаны коэффициенты взаимной диффузии
химических элементов Cu-Ni, Fe-Cu, Ta-Ti, Ti-Zr по ширине переходных зон CKM.
Впервые установлены зависимости коэффициентов взаимной диффузии от концентрации химического элемента для СКМ: БрХ08-(М-Р)-БрХ08, М1-сталь 45, BT14-ZrRe, ВТ14-Та, включая крайние участки переходной зоны с минимальной концентрацией компонентов.
Установлен критерий достаточности для ширины диффузионной переходной зоны при проектировании и создании новых СКМ на основе тугоплавких металлов и сплавов с заданной прочностью соединения.
Практическая значимость
Получены СКМ: БрХ08-(М-Р)-БрХ08; М1-сталь 45; BT14-ZrRe; ВТ14-Та-Медь М1-12Х18Н10Т диффузионным соединением разнородных металлов и сплавов.
Получено авторское свидетельство на программу для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов по ширине переходной зоны, которая апробирована на СКМ: БрХ08-МР-БрХ08; М1-сталь 45; ВТ14-ZrRe; ВТ14-Та.
Разработана методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ методом диффузионного соединения металлов и сплавов, которая позволяет значительно уменьшить количество необходимых экспериментов при создании новых СКМ.
Основные результаты работы используются в учебном процессе СФУ при изучении дисциплин «Методы структурного анализа, контроль качества материалов и изделий», «Механические и физические свойства материалов и изделий».
Достоверность полученных результатов базируется на основных положениях физики твердого тела, материаловедения, а также обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки полученных результатов.
Личный вклад автора
Общая научная идея, цель и задачи исследований, методики исследований предложены и сформулированы совместно с научным руководителем. Автором проведены экспериментальные исследования, проанализированы результаты исследований, предложена методика расчета времени изотермической выдержки при получении СКМ диффузионным соединением металлических материалов. При участии автора разработана программа для расчета коэффициентов взаимной диффузии химических элементов.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2007, 2010), на VI Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (Москва, 2009), на XIII Международном междисциплинарном симпозиуме "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" ОМА-13, (Сочи - п. Лоо, 2010).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 3 статьи в периодических изданиях по списку ВАК, 3 тезисов докладов на Международной и Всероссийских конференциях, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации
Диссертация объемом 105 страниц состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список литературы включает 123 наименований литературных источника.
