Введение к работе
Актуальность работы . Одной из актуальных программ развития современной техники является программа по созданию экономнолегированных конструкционных материалов, а также необходимость повышения надежности и долговечности материалов, работающих в условиях комплексного воздействия механических нагрузок, температуры, агрессивных сред и других факторов. Одним из важных направлений этой программы являются разработки в области применения особо тугоплавких материалов в атомной энергетике, космической технике, ракетостроении, металлургии, химии и многих других областях науки и техники, повышение уровня рабочих температур которых во многом определяет выбор самих материалов и способов их упрочнения.
Методы дисперсионного упрочнения тугоплавких металлов, в частности ниобия, получившие наибольшее распространение для получения высокого уровня прочностных свойств при температурах 00-1200С, не исключают, однако, опасности хрупкого и усталостного разрушения, а также затрудняют или делают невозможным деформирование сплавов в упрочненном состоянии.
Предлагаемый способ механико-химико-термической обработки (МХТО) отличается от стандартных методов ХТО тем, что насыщение элементами внедрения осуществляется на материале в деформированном состоянии. Это позволяет уже на готовых изделиях из экономнолегированных и технологичных сплавов получить материал со свойствами, соответствующими или превышающими уровень свойств известных высоколегированных сплавов.
Проведение насыщения сплавов при температурах ниже порога рекристаллизации и последующего двойного отжига при МХТО дает возможность значительно повысить прочностные свойства материалов в сочетании с их удовлетворительной пластичностью.
В настоящее время разработаны режимы МХТО для упрочнения сплавов молибдена и ниобия, включающие стадию насыщения углеродом и кислородом. Однако, ряд вопросов, представляющих интерес как с научной, так и с практической точки зрения в области развития способа упрочнения жаропрочных сплавов, в частности азотом, по принципу МХТО не был выяснен.
Данная диссертационная работа проводилась в обеспечение выполнения ряда Постановлений Правительства по перспективным проектам и ответственным заказам промышленности в рамках таких государственных приоритетных научно-технических программ, как "Перспективные материалы", "Ресурсосберегающие и экологически чистые процессы в металлургии" и др.
В связи с этим, являлась важной АКТУАЛЬНОЙ задача систематического изучения закономерностей процесса МХТО и исследования свойств ниобневык сплавов после МХТО с азотировшшем.
Цель работы. Экспериментальное и теоретическое обоснование разработки метода мсханико-хнмнхо-тсрмичсской обработки с АЗОТИРОВАНИЕМ, как способа повышения прочности и жаропрочности деталей ыадого сечения (до 12 им) высокотемпературных установок (800 - 1300С), изготовленных из сплавов на основе ниобия.
Задачи исследования. В работе были поставлены и решены следующие задачи:
1. Определение основных параметров, обуславливающих выбор режима
насыщения азотом при МХТО, таких как:
степень предварительной деформации;
температура рекристаллизации;
константы растворимости и диффузии азота в исследуемых сплавах.
-
Экспериментальное и расчетное определение оптимальных температурно-временных режимов МХТО с азотированием.
-
Исследование закономерностей изменения структуры, фазового состава, механических свойств (при умеренных и высоких температурах) сплавов ниобия, упрочненных МХТО.
-
Оценка термической стабильности ниобисвых сплавов ( определение свойств жаропрочности; температуры рекристаллизации) после МХТО с азотированием.
-
Апробация истода МХТО в условиях близких к эксплуатационным, для деталей, работающих а диапазоне рабочих температур 800-1300 С.
Научная новині» и значимость.
проведено систематическое исследование закономерностей упрочнения сплавов ниобия, легированных цирконием и гафнием, методом иехаїшко-химико-термической обработки с насыщением азотом;
определены тсыпсратурно-вренснаыс режимы МХТО сплавов ниобия.
показано преимущество способа МХТО с азотированием перед МХТО с окислением и стандартными способами дисперсионного упрочнения;
впервые определены характеристики растворимости азота и его коэффициентов диффузии в промышленном ниобиевом сплаве 5ВМЦ Определена температура рекристаллизации сплава 5ВМЦ до и после МХТО;
- установлена высокая термическая стабильность структуры и свойств сплавов
ниобия, упрочненных методом МХТО с азотированием, вплоть до температур 1300С.
Показано, что жаропрочность сплавов повышается в 2-3 раза по сравнению с исходным неупрочненым состоянием и в 1,5 раза по сравнению с МХТО с окислением.
Практическая значимость работы. Разработаны режимы МХТО с азотированием для промышленного сплава 5ВМЦ, позволяющие получить в широком диапазоне температур (20-1300С) многократное повышение уровня прочности, жаропрочности при сохранении достаточно высокой пластичности. Показана возможность проведения МХТО на готовых изделиях. Отработана технология изготовления и обработки арочных пружин из сплава типаЛН-1.
Упрочненные сплавы и режимы обработки прошли опытно-промышленное опробование в изделиях ЦНИИМа, Холдинговой компании "Арсенал"; АО РКБМ и ЦНИИ КМ "Прометей" и рекомендованы к внедрению. Применение способа МХТО позволяет повысить рабочие температуры и увеличить ресурс работы изделий. Сплавы, упрочненные МХТО, рекомендованы к внедрению в качестве конструкционных жаропрочных материалов в изделиях новой техники при рабочих температурах до 1300С включительно.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 12 публикациях и 3 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений, изложенных на 7 si/ страницах, содержит 3~& рисунков, 35 таблищ/189 наименований использованной литературы.
