Содержание к диссертации
Введение 5
Глава I. Опыт и перспективы использования интерметаллидов и , ,
интерметаллидных соединений
1.1. Условия образования интерметаллидов между разнородными 1 ,
металлами и сплавами
Структура и физико-механические свойства , е металлических соединений
Особенности соединений, полученных сваркой взрывом 21
1.2. Структура и свойства интерметаллидов 23
Диффузионные процессы на линии сплавления »-алюминия с металлами
Взаимодействие алюминия с различными элементами 25
Свойства интерметаллических соединений ^ системы алюминий-металл
Взаимодействие алюминия с медью 30
1.2.5. Свойства интерметаллических соединений -.
системы титан - металл
Нагрев титано - стальных соединений 35
Влияние атмосферы при термообработке на кинетику ^ диффузионных процессов
Опыт создания и перспективы применения новых металлических материалов с высоким уровнем жаропрочности и термической 40 стабильности
Выводы по главе и постановка задач исследования 43
Глава II. Материалы, оборудование и методы исследования 46
Исследуемые материалы 46
Методика проведения исследований 50
2.2.1. Сварка взрывом двух- и многослойных соединений ,„
из исследованных металлов
Методика оценки высотной деформации медно-алюминиевых __ композитов после холодной прокатки
Выбор температуры прокатки многослойных композиций „ состава ВТ 1-0+сталь 08кп
Высокотемпературная термообработка (диффузионный отжиг).. 62
Измерение микротвердости в исследуемых СКМ 64
Металлографические исследования ОШЗ исходного образца, fi_ после прокатки и термической обработки
Приготовление шлифов 66
Рентгеновские исследования 67
Исследование процессов диффузии 69
Слаутин О. В. Кандидатская диссертация Содержание
Высокотемпературные испытания СКМ 71
Исследования механических свойств _„ биметаллических соединений
2.3. Обработка результатов эксперимента 80
Выводы к главеП 82
Глава III. Создание и исследование структуры и механических
свойств медно - алюминиевых СКМ, полученных по комплексной 83
технологии
3.1. Влияние параметров комплексного технологического процесса (сварки
взрывом и последующей холодной прокатки) на микромеханические 84
свойства и характеристики тонкой структуры СКМ
Влияние сварки взрывом на распределение остаточной сдвиговой деформации характеристики тонкой структуры и 84 микромеханические свойства биметалла медь М1+алюминий АД1
Исследование закономерностей деформирования, упрочнения
и характеристик тонкой структуры сваренных взрывом СКМ после 86
холодной прокатки
Влияние холодной прокатки на деформирование симметричных медно - алюминиевых композитов, 93 содержащих диффузионные прослойки
Высокотемпературные испытания СКМ системы медь -алюминий с раздробленной при холодной прокатке 99 интерметаллидной прослойкой
3.2. Влияние термо - деформационного воздействия . „_
на кинетику диффузии в СКМ
3.2.1. Влияния энергетических условий сварки взрывом
и последующей холодной прокатки на диффузию 100
в биметалле медь М1+алюминий АДІ
3.2.2. Влияния знака и интенсивности нагрузки, приложенной по
нормали к границе соединения на скорость роста интерметаллидной 114
фазы в биметалле медь М1+алюминий АД1
3.3. Исследование механических свойств медно - алюминиевых СКМ t-,
116 при нормальных и повышенных температурах
Выводы к главе III 123
Глава IV. Исследование структуры и свойств титано - стальных , ~_
СКМ, полученных по комплексной технологии
Состояние вопроса 125
Исследование влияния термического и силового воздействия на структуру и микромеханические свойства околошовной зоны 134 многослойного КМ титан ВТ1-0 + сталь 08кп
4.2.1. Влияние степени обжатия на характер деформирования слоев 1 - .
при прокатке многослойных титано-стальных КМ
Слаутип О. В. Кандидатская диссертация Содержание
А 22. Исследование диффузионных процессов в околошовной , ~R
зоне СКМ состава титан ВТ1-0 + сталь 08кп
Определение параметров диффузии и вывод уравнений 141
Исследование структуры и фазового состава диффузионных , ., прослоек, образующихся при нагреве КМ титан ВТ 1-0 + сталь 08кп
Исследование микромеханических свойств в поперечном
сечении титано-стальных СКМ вдоль и поперек 152
направления прокатки
4.3. Высокотемпературные испытания слоистых интерметалл ид ных , „
композиций титан ВТ1-0 + сталь 08кп
4.4, Пути повышения жаропрочных свойств слоистых 1 -„
интерметаллидных композитов титан ВТ1-0 + сталь 08кп
Выводы к главе IV 164
Глава V. Технологические процессы получения интерметаллидных , , ,
композитов и изделий
Технологические схемы получения слоистых . ,_ интерметаллидных композиций
Изготовление СИК с заданными жаропрочными свойствами 173
Разработка комплексного технологического процесса получения медно-алюминиевых заготовок, предназначенных для изготовления 177 линейных контактных узлов
Разработка комплексной технологии изготовления штампов
с покрытием из СИК для производства стальных дуг 181
компрессионно-дистракционных аппаратов
Выводы по главе V 188
Общие выводы 189
Литература 192
Приложения 205
Сяаутин О. В, Кандидатская диссертация Введение
Введение к работе
Развитие ведущих отраслей промышленности вызывает необходимость использования материалов, обладающих по сравнению с традиционно применяемыми повышенными служебными свойствами. Оптимальным решением этой задачи является освоение производства деталей и узлов из слоистых композиционных материалов (СКМ), объединяющих не только свойства составляющих, но и, как правило, характеризующихся целым спектром новых, зачастую уникальных качеств.
Одно из важных мест в этой области на современном этапе развития материаловедения занимают слоистые металлические композиты (СМК), Очевидные преимущества СМК позволяют решать важные задачи промышленного комплекса - от создания материалов для массового производства в химической, электротехнической и других отраслях до уникальных изделий авиационной, ракетной и космической техники. Такие материалы используются при производстве электротехнических шин, токопроводов, скользящих контактов, переходников трубопроводов, емкостей для хранения агрессивных сред и др.
Сварка взрывом (СВ) в силу ряда ее специфических особенностей является одним из эффективных методов получения СМК различного строения и назначения. Высокоэкономичный, производительный и управляемый процесс, не требующий дорогостоящего оборудования и оснастки, сварка взрывом, благодаря её быстротечности, препятствующей развитию активных диффузионных процессов в зоне соединения разнородных металлов и сплавов, позволяет получать равнопрочные соединения из практически любых сочетаний металлов и сплавов площадью до десятков квадратных метров.
Сложности возникают при создании СКМ из тонколистовых металлов и сплавов, особенно больших размеров, а также при конструировании композитов с числом слоев более 3 - 5. В этом случае оптимальным решением является применение комплексных технологий, предусматривающих сочетание сварки взрывом и последующей обработки давлением, в частности холодной или горячей прокатки.
Такой технологический процесс позволяет первоначально получать сваркой взрывом заготовки практически из любых сочетаний компонентов с прочностью соединения, равной прочности наиболее слабого из соединяемых
Слаутип О.В, Кандидатская диссертация Введение
металлов. Последующая прокатка дает возможность залечить локальные дефекты, образовавшиеся при сварке, устранить деформацию заготовок и реализовать заданные геометрические размеры и соотношение толщин слоев. Прокатанные заготовки могут быть повторно сварены и прокатаны для получения материалов с большим числом слоев (до 30 и более).
Многообразие конструкций и условий работы СМК обуславливают необходимость поиска новых путей и возможностей повышения надежности, долговечности и технико-экономической эффективности готовых изделий и технологий их получения. Разработанная на кафедре MB и КМ ВолгГТУ комплексная технология, позволяет решать сложные вопросы оптимизации параметров указанных операций при изготовлении СКМ таких систем как алюминий-медь, алюминий-титан, титан-сталь и изделий многоцелевого назначения на их основе.
Дальнейшим развитием этого направления является создание слоистых интерметаллидных композитов (СИК), представляющих собой материалы, в которых чередуются металлические и интерметаллидные слои, являющиеся результатом химического взаимодействия и обладающие особыми, специфическими свойствами, близкими к свойствам керамических материалов. Наличие в СИК систем титан-сталь, медь-алюминий, алюминий-магний, алюминий-цинк, медь-цинк, алюминий-сталь, алюминий-титан, алюминий-никель и др. слоев с большим градиентом физико-механических свойств обуславливает перспективу их применения в энергетических установках, криогенном и тешюобменном оборудовании в качестве тепловых и теплозащитных барьеров, износостойких покрытий, жаропрочных и жаростойких материалов.
Отсутствие на современном этапе научно обоснованных рекомендаций по проектированию слоистых интерметаллидных композитов потребовало в рамках настоящей диссертации решения ряда задач, посвященных углубленному изучению кинетики диффузионных процессов на межслойных границах с учетом «деформационной наследственности» соответствующих операций комплексного технологического процесса, их влияния на структуру и микромеханические свойства СКМ и СИК на их основе, определению механических свойств СКМ и СИК различного состава и конструкции при нормальных и повышенных температурах.
Слаутин О. В. Кандидатская диссертация Введение
Научная новизна работы:
Новым научным положением работы является установление основных закономерностей формирования структуры и механических свойств разработанных слоистых интерметаллидных композитов многоцелевого назначения с учетом энергетических и деформационных факторов, реализуемых при сварке взрывом и последующих температурно-силовых воздействиях.
На основе раздельного исследования кинетики образования и роста структурно-неоднородных диффузионных зон получены значения параметров диффузии (Ер, Е3, т0, К0) и выведены аналитические зависимости, позволяющие в медно-алюминиевых и титано-стальных композитах управлять процессом формирования диффузионных прослоек и обоснованно назначать оптимальные режимы высокотемпературных нагревов для реализации требуемого объемного соотношения основных и интерметаллидных слоев в многослойных композитных системах - СИК. Показано, что энергетические условия сварки и режимы холодной прокатки существенно влияют на параметры и кинетику диффузионных процессов при высокотемпературных нагревах СКМ Увеличение энергии пластической деформации, степени обжатия, приложение растягивающей и сжимающей нагрузки повышает активацию контактных поверхностей и, как результат, снижает инкубационный период зарождения диффузионных прослоек и ускоряет процесс диффузии.
Уточнены существующие представления и определены условия образования при деформировании механически неоднородных СКМ локальных зон разупрочнения. Установленная корреляция распределения уширения рентгеновских линий и характера упрочнения подтвердила дислокационный механизм их формирования.
Впервые получена достоверная научно обоснованная информация о влиянии конструкции, состава, характерных видов микронеоднородностей и режимов применяемых операций комплексного технологического процесса получения нового класса конструкционных материалов - слоистых интерметаллидных композитов, обладающих повышенными, а в ряде случаев и уникальными служебными физико-механическими свойствами, на их прочность и пластичность при нормальных и повышенных температурах.
Анализ полученных результатов механических испытаний на растяжение позволил классифицировать СИК систем медь-алюминий и титан-железо
Слаутин О. В. Кандидатская диссертация Введение
