Registration Number
0823U100136, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
01-03-2023
popup.evolution
.
Title
Creation of foundations of manufacturing technologies of layered metal-ceramic composite materials with increased physical and mechanical characteristics
Author
Smirnova Yana O.,
popup.head Huriia Iryna M.
popup.opponent Naumyk Valeriy V.
popup.opponent Prygunova Adel G.
popup.review Byba Yevgen G.
popup.review Bohomol Yuriy I.
popup.rada
National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".
Description
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми, а саме розробленню та дослідженню технологічних параметрів виготовлення шаруватих композиційних матеріалів Ті(Ті-ТіВ)/Al з підвищеними фізико-механічними характеристиками рідкофазним методом.
Представлено технологічні основи виготовлення шаруватих Ti/Al композиційних матеріалів рідкофазним формуванням з використанням флюсу евтектичного сплаву KF-AlF3, що забезпечує рівномірне просочення алюмінієвого розплаву між пластинами на основі титану. Встановлено, що на границі розподілу між твердим титаном марки ВТ1-0 та рідким алюмінієм утворюється перехідний шар, товщина якого залишається стабільною за температур розплаву від 700 до 800 °С, ширини зазору між титановими пластинами від 0,5 до 1,5 мм та часу витримування 900 с. За фазовим складом перехідний шар відповідає твердим розчинам титану в алюмінії та алюмінію в титані. Визначено, що мінімального часу витримування достатньо для взаємодії титану та алюмінію. Утворення рівномірного перехідного шару забезпечує витримування у розплаві після просочення протягом 300 с. Збільшення ширини зазору між титановими пластинами від 0,5 до 1,5 мм призводить до збільшення швидкості підйому розплаву між ними від 1,6±0,12 до 2,9±0,20 мм/с.
Товщина утвореного перехідного шару залишається стабільною для всіх досліджених значень ширини зазору між пластинами на основі титану у системах ВТ1-0/Al, ВТ6/Al і Ті-ТіВ/Al та у середньому складає 2,8, 3,8-4,2 і 6,3-6,5 мкм відповідно. Потовщення шару за умови зміни вихідних пластин обумовлене їх хімічним складом та структурою. Для досліджених систем представлено механізми міжфазної взаємодії між твердим титаном або його сплавом та рідким алюмінієм. За представленими у дисертаційній роботі технологічними параметрами отримано не лише тришарові, а й пʼяти- та семишарові матеріали систем ВТ1-0/Al та ВТ6/Al. Збільшення кількості шарів у матеріалі не призводить до зміни мікроструктури зони взаємодії.
У результаті проведених досліджень на трьохточковий згин встановлено, що тришарові композиційні матеріали системи ВТ1-0/Al не руйнуються. Під час досягнення кута вигину зразків у діапазоні 130-120° на границі розподілу відбувається утворення тріщин, максимальним розміром до 20 мкм, які не призводять до розшаровування та відокремлення титанових пластин від алюмінієвого шару.
Під час випробувань на розтяг три- та пʼятишарові матеріали системи ВТ1-0/Al демонструють пластичну поведінку, а максимальні значення міцності досягаються за умови мінімальної ширини зазору 0,5 мм і сягають 305±16 МПа за деформації 32,1±3,0 %. Тришарові композити системи ВТ6/Al демонструють аналогічну поведінку під час випробувань, а максимальна міцність на розтяг складає 602±15 МПа за деформації 15,3±2,4 %. На відміну від попередніх, матеріали системи Ті-ТіВ/Al демонструють крихку поведінку під час руйнування. Міцність на розтяг тришарового матеріалу за умови ширини зазору між пластинами 1,5 мм у середньому становить 479±18 МПа, а деформація – 14,96±1,7 %.
Експериментально встановлено, що величина міцності на розтяг шаруватих композиційних матеріалів задовільно узгоджується зі значеннями, розрахованими за правилом сумішей, враховуючи обʼємну частку, кількість та фізико-механічні властивості титанових і алюмінієвих шарів, що дозволяє прогнозувати механічні властивості шаруватих Ті /Al композитів.
Встановлено, що у результаті прокатування у атмосфері повітря без попереднього нагрівання рідкофазно сформовані тришарові матеріали системи ВТ1-0/Al зберігають цілісність границі розподілу. Ступінь обтискання оброблених тиском матеріалів складав від 0,27 до 0,45. Перехідний шар, утворений у результаті взаємодії вихідних металів, фрагментується та переходить у алюмінієву частину. Міцність прокатаних композитів проти вихідних збільшується до 401-491 МПа залежно від ширини зазору та ступеня обтискання. Анізотропія міцності на розтяг у досліджених матеріалах практично не проявляється і не залежить від напрямку розтягу досліджуваних зразків відносно напрямку прокатування.
У результаті прокатування тришарових композиційних матеріалів системи Ti-TiB/Al у вакуумі з попереднім нагріванням було досягнуто максимального ступеня обтискання 0,36. Збільшення температури прокатування композиту призводить до потовщення утвореного на границі розподілу перехідного шару. Міцність матеріалу зі ступенем обтискання 0,2 у середньому складає 725±20 МПа, а пластична деформація – 0,98±0,12 %, що вказує на збільшення міцності та зменшення пластичності у порівнянні з вихідним непрокатаним матеріалом.
За допомогою графіків Ешбі показано, що за питомими механічними характеристиками шаруваті Ti/Al композити, отримані рідкофазним формуванням перевищують відомі титанові та алюмінієві сплави.
Registration Date
2023-03-03
popup.nrat_date
2023-03-03 / 2026-07-01
