CC BY
46
Выводы
Предлагаемые способы прессования порошковой шихты в закрытых матрицах при высоких давлениях прессования позволяют получать качественные прессовки (без расслаивающих трещин), плотность которых близка к плотности компактных тел. Применение выше описанных способов прессования позволит сократить время изотермической выдержки в процессе спекания, значительная часть которой необходима для процесса «залечивания» пор, отказаться от операции допрессовки спеченных брикетов, а также в значитель-
ной мере от смазок и ПАВ, вводимых в шихту. Таким образом, рассмотренные способы прессования порошковой шихты в закрытых матрицах являются экономически целесообразными и эффективными.
Перечень ссылок
1. Кипарисов С. С. Порошковая металлургия / С. С. Кипарисов, Г. А. Либенсон. - М. : Металлургия, 1971. -528 с.
2. Ермаков С. С. Порошковые стали и изделия / С. С. Ермаков, Н. Ф. Связников. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение, 1990. - 319 с.
Одержано 12.01.2009
У cmammi запропоновано низку cnoco6ie отримання яюсних eupo6ieу закритихматрицях заумови високих mucKie.
The methods of formation of qualitative products from powder materials, which are pressed in the closed dies under high pressure, has been considered.
УДК 669.295.5
В. С. Голтвяница1, канд. техн. наук О. И. Баньковский2, д-р техн. наук Э. И. Цивирко1, канд. техн. наук С. К. Голтвяница3
1 Национальный технический университет, г. Запорожье, 2 Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев,
3 ООО «Риал», г. Запорожье
МОДИФИЦИРОВАНИЕ БОРОМ ЛИТЫХ ТИТАН-АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Установлено, что модифицирование бором (0,1-0,2 %) интерметаллидного сплава Т1-36А1 приводит к образованию в структуре мелких частиц фазы ЪБ (0,3-9,7мкм), упрочняющей металлическую матрицу. При 900 °С жаропрочность модифицированных бором составов практически одинакова, хотя и остается несколько выше (на ~140-130 МПа) жаропрочности исходного состава Т1-36А1.
Одним из действенных средств воздействия на литую структуру металлов и сплавов является их модифицирование. При введении небольших добавок -модификаторов (В, Бе, У, Ьа, Се, №, Мо, С) - изменяются основные параметры процесса кристаллизации, что приводит к изменению структуры металла и, как правило, к улучшению его свойств [1].
Известно, что малые добавки бора к обычным титановым сплавам заметно изменяют их микроструктуру и свойства [2]. Бор полностью растворяется в жидком титане, однако практически нерастворим в
твердом (< 0,05 мас. % при 750 °С). При легировании титана бором (>14 мас. %) выделяется тугоплавкая ТВ-фаза, упрочняющая металлическую матрицу. Поэтому боридное упрочнение может быть перспектив-
ным для повышения жаропрочности титановых сплавов [3, 4]. Успешно применяют боридное упрочнение порошкового материала ХБТ1Л1 [5], а также карбид-но-боридное упрочнение литого сплава Т1-6Л1-4У1 [6]. Бор применялся в качестве самостоятельной легирующей добавки в количестве 0,1-1,5 % для повышения упругих свойств многокомпонентных титановых сплавов системы Т1-Л1-Би-У-Сг-Мо [7]. В качестве рафинирующей добавки (0,02-0,2 ат. %) бор широко используется при выплавке многих титановых сплавов [8].
Таким образом, бор достаточно широко и успешно применяется для улучшения свойств титановых
1 Здесь и далее цифры рядом с химическим элементом (кро-
ме титана — основа) — мас. %
© В. С. Голтвяница, О. И. Баньковский, Э. И. Цивирко, С. К. Голтвяница, 2009 66
ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В
сплавов. Однако аналогичное использование бора для литых сплавов на основе y-TiAl малоизвестно.
Цель настоящего исследования - оценить влияние добавок бора на структуру и механические свойства литых сплавов на основе у-TiAl.
Материалы и методика исследования
Сплав Ti-36Al с различными вариантами модифицирования бором (0,1-0,2 %), был получен методом сплавления спрессованных шихтовых брикетов (губчатый титан марки ТГ 110М ГОСТ 17746-79, алюминий марки А8 ГОСТ 11070-74, лигатура TiB с содержанием бора 1 %) в лабораторной вакуумно-дуговой печи при силе тока около 420-450 А и напряжении 4045 В. В начальный период плавки вакуумированием в камере печи достигали остаточного давления 0,12 Па, после чего камера заполнялась аргоном марки А чистотой 99,8 % (ГОСТ 10157-73) до давления 50 кПа.
Слитки массой 200 г и размерами 0 65x12 мм получали в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе.
Твердость по Виккерсу (HV, табл. 1) измерялась на приборе HPQ 250 при нагрузке 30 кг. Испытания на жаропрочность (HV1, табл. 1) проводились одним из ускоренных методов - определением длительной твердости (значение твердости после выдержки 1 ч и нагрузке 1 кг) при гомологических температурах 0,4Т Ti (500 °C), 0,5Т Ti (700 °C) и 0,6Т Ti (900 °C)
? ПЛ ^ y пл ^ ' ^ пл v '
[2]. Перед испытаниями образцы отжигали при 0,6 Т в течении 1 ч для снятия литейных напряжений и выравнивания твердого раствора по примесям внедрения.
Химический состав (табл. 1) и микроструктуры травленых шлифов сплава определили при помощи растрового электронного микроскопа JSM, оснащенного системой рентгеноспектрального энергодисперсионного микроанализа (PCMA) JED 2200 при ускоряющем напряжении 20 кВ и диаметре электронного зонда 4 нм.
Длину и индекс неметаллических включений в сплавах определяли методом секущих на фотографи-
ях (с увеличением х 500) шлифов, обеспечив ошибку определения 3 % (табл. 1).
Результаты исследований и их обсуждение
Интерметаллидный сплав Т1 36А1 (рис. 1, а) характеризовался наличием темной матрицы у-Т1А1 и светлых зерен длиной 79-100 мкм а2-фазы.
С введением в исходный сплав 0,1 % В в структуре сплава выделились включения (табл. 1), содержащие ~ 4,27 % бора, а структура сплава стала более однородной (размер зерна ~54-64 мкм) (рис. 1, б).
в
Рис. 1. Микроструктуры титанового сплава Т1-36А1 с различными вариантами модифицирования, х 500:
а - без В; б - 0,1 %В; в - 0,2 %В
Таблица 1 - Влияние различных вариантов модифицирования на физико-механические свойства литого сплава Т1-36А1
Присадка бора (расчетная), % Массовая доля элементов, % Размеры НМВ, мкм Индекс НМВ HV, ГПа Длительная горячая твердость (HV1, ГПа) при температуре, °С
Al B 500 700 900
- 33,03 - - - 2,23 2,20 1,50 0,50
0,1 34,11* 29,67 0 4~27 0,3 - 5,4** 1,2 0,01 2,22 2,65 2,01 0,64
0,2 34,95 29,26 0 12,87 0,3 - 9,7 1,0 0,02 2,43 2,61 1,82 0,63
Примечание: * — в числителе — содержание химического элемента в матрице сплава, в знаменателе — в неметаллических включениях (НМВ);
** — числитель — минимальный и максимальный размер НМВ, знаменатель — средний размер НМВ.
ISSN 1607-6885 Hoei матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2009
67
Поскольку атомный радиус бора (0,91 А) отличается от атомного радиуса титана (1,46 Е) на ~ 40 %, то В при содержании более 0,05 % (при 750 °С) не может образовывать твердый раствор замещения в титане, а образует с ним соединения ТШ (до 48-50 ат. % В), Т13В4 (50-57 ат. % В), Т1В2 (65-67 ат. % В) [9]. При темпе4 ратуре < 884 °С и малых содержаниях бора в системе Т1-В присутствуют две фазы: а-Т и Т1В. Таким образом, эти включения, выделившиеся по границам зерен, - неметаллические соединения состава Т1В, оказывающие упрочняющий эффект, за счет которого длительная твердость в интервале температур 500-900 °С по сравнению с исходным сплавом увеличилась на 2034 % (табл. 1).
В структуре сплава при модифицировании его 0,2 % бора по сравнению с 0,1 % В увеличилось содержание бора в неметаллических включениях до ~ 12,87 % (табл. 1), а также размеры неметаллических включений (до 9,7 мкм) и индекс НМВ (рис. 1, в, табл. 1). В итоге снизилась жаропрочность на ~5 % по сравнению со сплавом Т 36Л1 0,1В (табл. 1).
При 900 °С жаропрочность модифицированных бором составов практически одинакова, хотя и остается несколько выше (на ~140-130 МПа) жаропрочности исходного состава Т1-36Л1 (табл. 1).
Выводы
Установлено, что модифицирование бором интер-металлидного сплава Т1-36Л1 приводит к образованию в структуре мелких частиц фазы Т1В (0,3-9,7 мкм), упрочняющей металлическую матрицу.
Для повышения жаропрочности интерметаллидных титановых сплавов типа Т1-36Л1 целесообразно моди-
фицировать их бором в количестве 0,1 %, что является перспективным материалом для конструкционных
деталей с улучшенной жаропрочностью.
Перечень ссылок
1. Магницкий О. Н. Литейные свойства титановых сплавов / Олег Николаевич Магницкий. - М. : Машиностроение, 1968. - 120 с.
2. Miracle D.B. Titanium Alloyed with Boron / D. B. Miracle, R. Srinivasan, J. S. Gunasekera // Advanced Materials & Processes. - 2006. - December. - P. 41-43.
3. Захаров М. В. Жаропрочные сплавы / М. В. Захаров, А. М. Захаров. - М. : Металлургия, 1972. - 384 с.
4. Titanium'92, Science and Technology. The Minerals, Metals, Materials Society / [Edited by F. Froes and
1. Caplan]. - 1993. - 2500 p.
5. Yolton C. F. Evaluation of a Discontinuously Reinforced Ti-6Al-4V Composite / C. F. Yolton, I. H. Moll // Titanium'95, Science and Technology. Edited by Froes F. and Storer I. - 1995. - V.2. - P. 2755-2761.
6. Development of High Elastic Modulus and High Strength Titanium Alloys / W. Xizhe, Z. Zhinai, H. Songxiao [and others] // Titanium'95, Science and Technology. Edited by Froes F. and Storer I. - 1995. - Vol. 2. - P. 659-665.
7. Saito T. Development of Low Cost Ti-matrix composite / T. Saito, T. Furuda // Titanium'95, Science and Technology. Edited by Froes F. and Storer I. - 1995. - Vol. 2. - P. 845900.
8. Furrer D. TiAl-based ingot conversion via forging / D. Furrer, R. Hoffman., G. Fucks // Titanium'95, Science and Technology. Edited by Froes F. and Storer I. - 1995. - Vol.
2. - P. 1245-1258.
9. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник в 3 т. / [ред. Лякишев Н. П.]. - М. : Маши-нострение, 1996. - Т. 1. - 992 с.
Одержано 16.09.2008
Установлено, що модифкування бором (0,1-0,2 %) iнmермеmалiдного сплаву Ti-36Al приводить доутворення в cmрукmурi дрiбнuх часток фази TiB (0,3-9,7мкм), що змщнюють металеву матрицю. За 900 °С жаромiцнicmь модифтованих бором cкладiв е практично однаковою, хоча й залишаеться трохи вищою (на ~140-130МПа) жаромiцноcmi вuхiдного складу Ti-36Al.
Effect of modification with boron (0,1-0,2 %) of intermetallic Ti-36Al alloy leads to formation of small particles of TiB-phase (0,3-9, 7 мm) in structure, which harden metal matrix, was determined. High-temperature strength of compositions which were modified with boron is almost the same at 900 °С, although it is a little higher (~140-130 MPa) than high-temperature strength of base Ti-36Al alloy.
