Search academic texts

Registration Number

0822U100003, PhD dissertation

Title

Creation of new structural reinforced materials based on titanium and its alloys with high physical and mechanical properties

Author

Remizov Dmytro Oleksiyovych,

popup.head Loboda Peter Ivanovich
popup.opponent Sanin Anatoliy Fedorovich
popup.opponent Baglyuk Hennadiy Anatoliyovych
popup.review Stepanchuk Anatoly Mykolayovych
popup.review Yurkova Olexandra Ivanivna

Status

Доктор філософії, 132, Механічна інженерія. Матеріалознавство

Date

22-12-2021

Description

Титан, як конструкційний матеріал володіє унікальними фізико-механічними властивостями. Однак для збільшення його експлуатаційних характеристик титанові сплави легуються різними елементами, у тому числі Бором, який утворює титаноматричні композити При цьому найкращою фазою для зміцнення титанових сплавів і титаноматричних композитів вважається моноборид титану, який знаходиться у термодинамічній рівновазі з фазою на основі титану, в якій розчинність бору мала. Метод плавильної металургії використовується рідко, але він цікавий тим, що дозволяє отримати високоефективнічисті матеріали традиційними і тому не надто затратним способом. Для підвищення характеристик міцності литих композитів слід поєднати зміцненння за рахунок твердого бориду з твердорозчинним зміцненням титанової матриці. З метою підвищення фізико-механічних властивостей сплаву Ti-TiB було розроблено технологічну схему отримання спрямовано-закристалізованого сплаву методом ЕПП та БЗП. Виходячи із діаграми стану Ti-B, було взято вихідні матеріали в кількостях, які відповідають евтектичному складу: 94,7 % Ті і 5,3 % ТіВ2. Методом мікрорентгеноспектрального аналізу встановлено, що хімічний склад включень витягнутої більш темної за кольором фази відповідає еквімолярному співвідношенню, що підтверджує повне протікання реакції взаємодії Ti з TiB2 і утворенню TiB. Мікроструктура сплаву в площині поперечного і повздовжнього перетину представляє собою матрицю із Ті з включеннями диборидної фази. Довжина диборидної фази в повздовжньому напрямку в 50–100 разів перевищує протяжність фази бориду в поперечному перетині зливку. Встановлено, що мікроструктура центральної частини зливку характеризується значно більшими за розмірами включеннями боридної фази, як в повздовжньому так і в поперечному перетинах. За допомогою кількісної металографії показано як змінюється кількість боридних включень, по площині, на 100 мкм2. Встановлено, що кількість включень боридної фази збільшується від центру до краю відливка. Встановлено, що в площині повздовжнього перетину кристалу зі збільшенням швидкості кристалізації кількість волокон зменшується, а їх розмір збільшується. У центральній же частині розмір включень закономірно зменшується, а їх кількість збільшується, що може бути пов’язано з більш інтенсивним перемішуванням розплаву в тонкому прошарку за рахунок індукційного нагрівання. Для значного збільшення температурного градієнта на фронті кристалізації, плавці піддавали пластину товщиною 2 мм із спрямовано закристалізованого з розплаву та прокатаного кристалу евтектичного сплаву та проводили нагрівання пучком 200 мкм в діаметрі. Таке переплавлення дозволило збільшити температурний градієнт приблизно 2 рази в порівнянні з зонною індукційною плавкою. Встановлено, що інтегральна мікротвердість композиту Ti-ТіВ практично не залежить від розміру боридних включень, а переважно визначається їх об’ємною долею в кристалі композиту та навантаженням на індентор. Встановлено, що з підвищенням швидкості деформування при однакових структурно-геометричних характеристиках композиту величина міцності зростає. Діаграма «напруження-деформація» практично має однаковий вигляд і спостерігається чотири характерні ділянки. З метою визначення механічних характеристик сплаву, у якому волокна орієнтовані переважно в одному напрямку, заготовку, отриману методом ЕПП, піддавали прокатуванню. Мікроструктура сплаву залишається волокнистою, тільки на відміну від закристалізованого, у якому волокна розташовуються хаотично, під час прокатування волокна повертаються переважно в напрямку прокатування. Встановлено, що максимальні значення міцності на 150–200 МПа вищі в порівнянні з непрокатаними з найбільш дрібними боридними включеннями. Під час випробування на міцність максимальне значення міцності збільшується в 2 і більше разів у порівнянні з чистим неармованим титаном і досягає 840–910 МПа. Встановлено вплив природи матричної фази та швидкості кристалізації на розміри та кількість волокон під час затвердіння розплаву квазібінарного евтектичного сплаву Ті-ТіВ. Досліджувалися кристали спрямовано закристалізовані в умовах безтигельної зонної плавки зі швидкістю охолодження 103о/с та порошки відцинтрово-розпилені, швидкість охолодження розплаву при отриманні яких складала 105о/с. По суті, у фізичному експерименті по розпиленню розплавів евтектичних сплавів LaB6-TiB2 та Ті-ТіВ реалізується подібність процесів теплопередачі від центру краплі до її поверхні, що дає змогу встановити переважний вплив природи матричної фази на процеси кристалізації. Аналіз мікроструктури порошків, отриманих методом відцентрового розпилення показав, що структура являє собою сіру матрицю, та щільно розташовані по всьому об’єму порошку значно більш дисперсні, в порівнянні з спрямовано-закристалізованим сплавом та хаотично орієнтовані включення темно- та світло-сірого кольору.