CC BY
9
Samara State Technical University
The SURFACE HARDENING OF TITANIUM BY IRON ALLOYING
Abstract. The main regularities of the formation of composition, structure, and properties of the surface layers of titanium, during laser alloying with iron are established. The influence of the power of laser radiation and the speed of laser beam movement on the structure and properties of surface layers are revealed. The phase composition of the surface layer and the effect of laser doping parameters on it are determined. Technological recommendations for this process are given.
Composition, structure and properties of titanium surface forming regularities upon iron laser alloying are accounted. The technological recommendations are given. Key words: titanium, surface, iron laser alloying, iron, phase composition, structure, properties.
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.015
ОЦЕНКА ЛИТЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКОБРАЗЦОВ А1-5°%Си-10%TiC, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СВС С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ФОРМ Рыбаков Антон Дмитриевич, аспирант
(e-mail: antonsamgtu@yandex.ru) Луц Альфия Расимовна, к.т.н., доцент (e-mail: alya_luts@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В работе приводятся результаты оценки литейных характеристик композиционного материала Al-5%Cu-10%TiC, изготовленного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), армирующая фаза которого - карбид титана - получена с применением порошка титана марки ТПП-7 и двух форм углерода: технический углерод П-701 и углеродные нанотрубки (УНТ) марки «Таунит». С применением пробы Нехендзи-Купцова показано, что литейные характеристики всех образцов композита Al-5%Cu-10%TiC находятся на достаточном уровне и вполне отвечают требованиям, предъявляемым к литейным алюмомат-ричным сплавам.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, керамическая фаза, карбид титана, литейные свойства, углеродная форма.
В предыдущих работах были показаны результаты исследований по получению композиционного материала Al-5%Cu-10%TiC с применением метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [1,2]. Анализ микроструктуры полученных образцов показал, что присутствие меди способствует более равномерному распределению карбидной фазы по объему алюминиевого сплава, а также увеличению ее дисперсности. Результаты измерения твердости также показали, что формирование карбида титана без меди значительно снижает твердость, что может быть связано со значительной пористостью композита. Присутствие меди сни-
жает этот негативный эффект. Т.е., в целом, алюмоматричный композиционный материал, упрочненный армирующей фазой карбида титана, в присутствии легирующей добавки меди показывает более высокие характеристики. Однако, поскольку данный композит является литейным, и производить из него изделия предполагается именно методом литья, очень важно установить его литейные характеристики (жидкотекучесть и усадку), что и было поставлено целью настоящей работы.
В качестве объектов исследования были выбраны:
- матричный сплав А1-5%Си, полученный с применением чушкового алюминия технического марки А7 (ГОСТ 11069-2001) и прутковой меди марки М2 (ГОСТ 859-2001).
- образцы композиционного материала А1-5%Си-10%ТЮ, полученные с применением шихты из порошка титана марки ТПП-7 и двух марок углерода: технический углерод марки П-701 (ГОСТ 7885-86) и углеродные на-нотрубки марки (УНТ) марки «Таунит» (ТУ 2166-001-02069289-2007).
Для оценки литейных свойств использовали малую комплексную пробу Нехендзи-Купцова (рис. 1). Конусная часть пробы 1 служит для определения объемной усадки; Ц-образный пруток 2 - для определения жидкотеку-чести; вертикальный пруток 3 - для определения линейной усадки [3].
Рисунок 1 - Малая комплексная проба Нехендзи-Купцова
Первоначально, перед сборкой, форму покрывали огнеупорной краской и подогревали до температур 200-250°С. С целью формирования стабильного гидростатического напора над полостью формы на дно литейной чаши укладывалась алюминиевая фольга. Также для имитации сечения литникового канала устанавливалась диафрагма с диаметром отверстия 6 мм. Полученные образцы композиционного материала нагревались до температуры 710°С, после чего расплав заливался в форму через диафрагму. По-
сле окончания кристаллизации и охлаждения залитого сплава, форму разбирали и извлекали из нее отливку (рис.2, а). Далее, при необходимости, производили зачистку заливов по линии разъема формы, отделяли от конусной части вертикальный и Ц-образный прутки. Жидкотекучесть определяли по длине Ц-образного прутка по специальному шаблону (рис. 2, б). Длина полученного Ц-образного прутка, согласно методике, соответствует жидкотекучести сплава.
а б
Рисунок 2 - Образец исследуемого сплава после разливки (а), шаблон для определения жидкотекучести сплавов (б)
Таблица 1 - Литейные характеристики матричного сплава и образцов _композиционного материала А1-5%Си-10%ТЮ_
А1-5%Си- А1-5%Си-
Параметр А1-5%Си 10%ТЮ 10%ТЮ
( УНТ) ( П-701)
Длина прутка Ьотл, мм 150 149 150
Линейная усадка елин, % 1,33 2,01 1,33
Жидкотекучесть 310 390 290
С помощью штангенциркуля измеряли длину вертикального прута и рассчитывали линейную усадку по формуле:
£лин = ^ X 100%,
где Ьф - длины вертикальной полости (3) литейной формы, мм;
Ьотл - фактическая длина вертикального прутка при температуре 20°С (мм); елин - линейная усадка (%).
На рисунке 3 представлены фотографии полученных образцов. В таблице 1 представлены результаты исследования литейных свойств полученных сплавов.
а б в
Рисунок 3 - Пробы на жидкотекучесть систем: а) А1-5%Си; б) А1-5%Си-10%ТЮ (на основе УНТ); в) А1-5%Си-10%ТЮ (на основе П-701)
Анализ результатов позволяет сделать, во-первых, вывод о высокой стойкости к трещинообразованию и удовлетворительной пластичности всех трех образцов. Во-вторых, жидкотекучесть образцов композитов составляет 93,5% от жидкотекучести исходного сплава, что является вполне приемлемым уровнем. И, в-третьих, образец на основе УНТ демонстрирует меньшее значение линейной усадки, что может быть связано с тем, что СВС фазы карбида титана с этим источником углерода протекает чрезвычайно интенсивно, со значительным выделением тепла, следствием чего является меньшая степень агломерированности частиц и, в результате, они более равномерно распределены по объему и значительнее препятствуют течению расплава [4,5]. Таким образом, очевидно, что литейные характеристики композиционного материала А1-5%Си-10%ТЮ, полученного и с применением технического углерода, и с УНТ, находятся на достаточном
уровне и вполне отвечают требованиям, предъявляемым к литейным алю-моматричным сплавам.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проекту № 19-38-90032\19.
Список литературы
1. Луц А.Р., Шипилов С.И., Закамов Д.В. Изучение влияния количества меди на микроструктуру композиционных материалов Al-TiC, получаемых методом СВС/ Современные материалы, техника и технологии, №2 (29), 2020, с. 50-55.
2. Луц А.Р., Шипилов С.И., Сотников А.Ф. Изучение влияние количества меди на фазовый состав и твердость композиционных материалов Al-TiC, получаемых методом СВС/ Современные материалы, техника и технологии, №2 (29), 2020, с. 45-59.
3. Тимошкин И.Ю. Разработка комплексных технологий получения мелкокристаллических лигатур для алюминиевых сплавов / Дисс. на соискание уч. степени канд.техн.наук. -Владимир. - 2011. - 188 с.
4. Наследственность в литых сплавах: Учебное пособие по курсу лекций / В.И. Никитин. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. - 170 с.
5. Напалков, В.И. Легирование и модифицирование алюминия и магния /В И. Напалков, С.В. Махов // М.: МИССИС, 2002.- 375 с. ISBN 5-87623-100-2.
Rybakov Anton Dmitrievich, PhD student (e-mail: antonsamgtu@yandex.ru)
Luts Alfiya Rasimovna, Cand. Tech. Sci., associate professor
(e-mail: alya_luts@mail.ru)
Samara state technical university, Samara, Russia
ESTIMATION OF CASTING CHARACTERISTICS OF SAMPLES
Al-5%Cu-10%TiC OBTAINED BY SHS METHOD USING DIFFERENT CARBON
FORMS
Abstract. The paper presents the results of evaluating the casting characteristics of a composite material Al-5%Cu-10% TiC, manufactured by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), the reinforcing phase of which - titanium carbide - is obtained using TPP-7 titanium powder and two forms of carbon: technical carbon P-701 and carbon nanotubes (CNT) of the Taunit brand. Using the Nehendzi-Kuptsov test, it is shown that the casting characteristics of all samples of the Al-5% Cu-10% TiC composite are at a sufficient level and fully meet the requirements for casting aluminum-matrix alloys. Keywords: aluminum alloys, ceramic phase, titanium carbide, casting properties, carbon form.
