CC BY
18
УДК 669.295
Т. Б. Янко
ДП «ДНДП 1нститут титану», г. Запорожье
ВПЛИВ ЛЕГУВАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТ1В АЛЮМ1Н1Ю I ВАНАД1Ю НА Х1М1ЧНИЙ СКЛАД ТА МIКРОСТРУКТУРУ ТИТАНУ
ГУБЧАСТОГО
Проведено до^дження хiмiчного складу та мiкроструктури титану губчастого, що було отримано за технологieю комплексного легування алюмiнieм та ванадieм, 13 заданим вмiстом легувальних елементiв на рiвнi хiмiчного складу сплаву ВТ-6. На основi хiмiчного, мжроструктурного та енергодисперсшного анализу встановлено, що розроблена технологiя дозволяе отримувати титан губчастий iз вмiстом основних легувальних елементiв (алюмiнiю та ванадЮ), який задовiльняe хiмiчному складу сплаву ВТ-6.
Ключовi слова: мiкроструктура, легувальнi елементи, титан, алюмiнiй, ванадш, вiдновлення.
Актуальшсть. Вихвдним матер!алом для бшьшосп адитивних технологш е порошков! композицп чистих метатв та сплашв. Серед титанових сплашв, що викори-стовуються в технологи прототипування, найбшьш роз-повсюдженим е сплав ВТ-6 (6Л1-4У, Grade5, 8ЛТ-64, Т-Л6У, ТьЛ1-У) !з вм1стом алюмшю на р!вт 6 % та ванадш - 4 % [1].
Основними способом отримання порошив титанових сплашв типу ВТ-6 е диспергування розплав1в титанових сплав1в [1]. Технолопя виробництва порошкових титанових сплав1в включае отримання титану губчастого, змшення його з лтатурами та переплавлення 1, зрештою, розпилення розплаву титанового сплаву.
Основною складшстю у виробнищта порошкових сплашв е р1вном1ртсть розподшу легувальних елеменпв у об'ем! матер1алу, осшльки, в шшому випадку, буде мати мюце неоднорвдтсть ф1зичних та х1м1чних характеристик. На сьогодт проблему р1вном1рносп розпов-сюдження легувальних компоненпв, а також з метою попередження в готових сплавах частинок нерозплав-лено! лтатури, л!кваци легувальних елеменпв, немета-левих включень виршують багаторазовим переплавом. Проте, це значно тдвищуе варпсть порошк1в титанових сплашв.
Таким чином, можна зазначити, що така технология е достатньо складною та високовитратною.
Легування губчастого титану в процеа вщновлен-ня може сприяти виршенню цих проблем. В1дом1 спо-соби легування титану губчастого киснем, ванад1ем, алюмшем та шшими [2-4]. Однак майже ввдсутш даш щодо отримання титану губчатого, легованого дешль-кома металами одночасно, що потребуе розширення уявлень про легування губчастого титану та розроб-лення нових технологш його отримання.
Виршення проблеми велико! юлькосп складних 1 вит-ратних операцш отримання порошив титанових сплашв, та зниження соб1вартост1 можливе за умови використан-
ня губчастого титану комплексно та р1вном1рно легованого безпосередньо в процеа ввдновлення.
Мета роботи - проведення дослвджень х1м1чного складу та мжроструктури титану губчастого, отриманого за технолопею комплексного легування алюмшем та ванад1ем !з заданим вмютом легувальних елеменпв на р!вш х1м1чного складу сплаву ВТ-6.
Методика, обладнання та результата проведених дослiджень
Для проведення дослвджень було використано зраз-ки титану губчастого, що було отримано на лаборатор-них установках за звичайною технолопею магтетерм-!чного вщновлення тетрахлориду титану магтем, а також титану губчастого, легованого алюмЫем та ванадаем за вдосконаленою технолопею магтетерм!чного ввдновлен-ня сум1ш тетрахлорида титану та ванадш.
Температура в процес ввдновлення становила 800...850 °С.
Тиск в реактор! вщновлення - 100.. .135 кПа
Температура в процеа вакуумно! дистиляцп становила 900.1010 °С.
Залишковий тиск в апарап при завершенш процесу сепараци - 32 Па.
Вигляд крично! частини блошв титану губчастого, легованого алюмшем та ванадаем, тсля очищення ва-куумною сепаращею та крично! частини блошв титану губчастого нелегованого представлено на рис. 1.
Як видно з рис. 1 зовшшнш вигляд крично! частини блошв титану губчастого, що було отримано на лабораторий установщ магшетерм!чного вщновлення як легованого алюмшем та ванад!ем, так ! нелегованого не мае ютотних вщмшностей, структура - в!д крупно-дендритно! до др!бноволокнисто!'.
Для визначення якосп титану губчастого з крично! частини отриманих блок1в титану губчастого взбирались проби для анал!зу в них вмюту легувальних елеменпв та дом!шок азоту, вуглецю та хлору.
© Т. Б. Янко, 2014
1607-6885 Нов1 матер1али г технологи в металурги та машинобудувант №2, 2014
71
а б
Рис. 1. Зовшшнш вигляд крично! частини блоку титану губчастого: а - нелегованого; б - легованого алюмтем та ванадieм
Анал1з вм1сту домшок та легувальних елеменпв у пробах титану губчастому виконувались у Центр1 сер-тифшацшних випробувань кольорових метал1в, стандар-тних зразшв та метролопчного забезпечення аналпич-ного контролю ДП «ДНДП 1нститут титану». При цьо-му анал1з вм1сту дом1шки азоту виконували титрометричним методом (ДСТ 9853.1-96), аналз вмкту хлору - турбодиметричним методом (ДСТ 9853.4-96), анал1з вм1сту вуглецю - кулонометричним методом (ДСТ 9853.3-96). Вмют легувальних елеменпв алюмшш та ванадш визначали титрометричними методами (ДСТ 19863-91).
Усереднений вмют домшок та легувальних елеменпв у пробах блошв титану губчастого дослщних процеав представлений в табл. 1.
Як видно з табл. 1, за результатами х1м1чного аналь зу, було досягнуто вмюту основних легувальних компо-ненпв (V та А1), що задовольняв х1м1чному складу сплаву ВТ6. Щодо шших домшок, !х збшьшений вмют мож-на пояснити малими розм1рами лабораторних установок на яких були отримаш дослвдш зразки титану губчастого.
Пор1вняння структур титану губчастого, легованого алюмшем та ванад1ем, 1з нелегованим губчастим титаном тдтвердило факт р1вном1рного проникнення легувальних елеменпв у титанову основу, що виявля-лося у формуванш м1кроструктури, характерно! для ле-гованих титанових сплав1в. Так, мжроструктура нелегованого титану губчастого складалася 1з пол1едричних
зерен а- фази, м1ж якими розташовувалися численш пори (рис. 2, а). Натомють, мжроструктура легованого губчатого титану мала пластинчасту будову а - фази, по границях а - пластинок розм1щувались тонк1 про-шарки р - фази, утворено! ванад1ем (рис. 2, б).
Таким чином мжроструктурним анал1зом встанов-лено, що титан губчастий, отриманий за технолопею комплексного легування, мае р1вном1рне проникнення легувальних елеменпв (алюмшш та ванадш) в титанову основу, що е характерним для структури двофазових силав1в.
а б
Рис. 2. Мжроструктура легованого та нелегованого титану губчастого, х 500: а - нелегований; б - легований алюмтем та ванадiем
Результати рентгеноспектрального м1кроанал1зу (РСМА) титану губчастого, легованого алюмшем та ванадаем, показат на рис. 3. Б1льшому вм1сту елемента в1дпов1дае бшьш штенсивний кол1р та тки на кривих 1нтенсивносп ввдносно лшп сканування.
Отже, енергодисперсшним рентгеноспектральним м1кроанал1зом розпод1лу легувальних елеменпв у титан! губчастому, легованому алюмшем та ванад1ем, тдтверджено знаходження та р1вном1рний розподш легувальних елеменпв у структурних складових титану губчатого.
Висновки
За результатами дослщження встановлено, що роз-роблена технолопя дозволяе отримувати титан губчастий 1з вмютом основних легувальних компонента (алюмшш та ванадш), який задовшьняе х1м1чному складу сплаву ВТ-6, а структура е характерною для двофазних силав1в.
V А1 С С1 N
Титан губчастий нелегований - - 0,030 0,054 0,020
Титан губчастий, легований алюмшем та ванад1ем 4,01 5,46 0,037 0,072 0,027
Сплав ВТ-6 [5] 3,5..5,3 5,3...6,8 до 0,1 - до 0,05
Таблиця 1 - Усереднений вмют (мас. част., %) домшок та легувальних елеменпв у пробах блоюв титану губчастого дослщних процеав
Рис. 3. Енергодисперсшний рентгеноспектральний мiкроаналiз розподiлу легувальних елементiв у титаш губчастому,
легованому алюмiнieм та ванадieм
Хiмiчний, мiкроструктурний та енергодисперсш-ний аналiз дають можливiсть рекомендувати титан губ-частий, що був отриманий за технологieю комплексного легування алюмiнieм та ванадieм, для виробництва титанових сплавiв для потреб адитивних технологiй.
Список лтератури
1. Довбыш В. М. Аддитивные технологии и изделия из металла / Довбыш В. М., Забеднов П. В., Зленко М. А. [Електронний ресурс]. - Режим доступу : nami.ru/ upload/AT_metall .pdf
2. Получение титана с заданным содержанием кислорода / С. И. Давыдов, В. Г. Шевченко, А. В. Овчинников и др. //
Теория и практика металлургии. - 2010. - № 5-6. -С. 6-10.
3. Чепрасов А. И. Получение титано-ванадиевых лигатур из ванадий-содержащих полупродуктов титанового производства: Автореф. дис. к.т.н. Спец. 05.16.03 / А.И. Чепрасов. - М. : МИСиС, 1983. - 27 с.
4. А.с. СССР, 448243 / Гамелкин Б. С., Чепрасов И. М. Способ получения сплавов титана ; заявл. 30.03.73 ; опубл. 30.10.74, Бюл. № 40.
5. Марочник стали и сплавов [Електронний ресурс]. -Режим доступу : http://www.sp1av.kharkov.com/ mat_start.php?name_id=1298
Одержано 24.12.2014
Янко Т.Б. Влияние легирующих элементов алюминия и ванадия на химический состав и микроструктуру титана губчатого
Проведено исследование химического состава и микроструктуры губчатого титана, полученного по технологии комплексного легирования алюминием и ванадием, с заданным содержанием легирующих элементов на уровне химического состава ВТ-6. На основании химического, микроструктурного и энергодисперсионного анализа установлено, что разработанная технология позволяет получать губчатый титан с содержанием основных легирующих элементов (алюминия и ванадия), соответствующим химическому составу сплава ВТ-6.
Ключевые слова: микроструктура, легирующие элементы, титан, алюминий, ванадий, восстановление.
Yanko T.B. Effect of the alloying elements aluminum and vanadium on the chemical composition and microstructure of titanium sponge
The investigation of the chemical composition and microstructure of titanium sponge obtained by the technology complex alloying aluminum and vanadium, with the specified content of alloying elements at the level of the chemical composition of VT-6. On the basis of chemical, microstructural and energodispersion analysis it was found that technology allows to obtain titanium sponge with the content of the main alloying elements (aluminum and vanadium), corresponding to the chemical composition of alloy VT-6.
Key words: microstructure, alloying elements, titanium, aluminum, vanadium, reduction.
ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2014
73
