Металлокерамические и композиционные титановые сплавы

Наши контакты

вход на сайт

Имя пользователя :
Пароль :

Восстановление пароля Регистрация
Металлокерамические и композиционные титановые сплавы
Металлокерамические и композиционные титановые сплавы В последние годы очень много внимания уделяется созданию металлокерамических и композиционных металлических материалов на основе титана. Основные цели, которые при этом преследуют, - получение конструкционных материалов с новыми, повышенными свойствами, а также разработка более удобной и экономичной технологии изготовления деталей и конструкций.

Технология порошковой металлургии титана включает в себя следующие основные операции.
Получение тонких порошков титана, для чего используют различные методы, например металлотермическое восстановление летучих соединений титана, гидрирование и последующее измельчение гидрида, электролиз титана из расплавов, распыление (гранулирование) расплавленного титана.

Контактирование, включающее смешение порошков (с целью получения сплавов или композитов), уплотнение холодным или горячим прессованием и спеканием при температурах около 1200 °С. В некоторых случаях возможно так же последующее прессование или прокатка. Так же осуществимо и уже технически разработано непосредственное получение листового материала из титанового порошка. В связи с тем, что титановые порошки достаточно легко окисляются, абсолютно все высокотемпературные операции с ним нужно обязательно проводить в высоком вакууме или в инертной атмосфере (Аг, Не). В зависимости от условий прессования и спекания существует возможность получить материал и изделия различной пористости, вплоть до компактных керамических и композиционных материалов.

Использование порошковой металлургии позволяет получать:
1) отдельные готовые детали, минуя трудоемкие процессы механической обработки, связанные с потерями металла в стружку;
2) детали различной пористости, например для смазывающихся подшипников или фильтрующих элементов;
3) сплавы с составом или структурой, не воспроизводимыми обычным металлургическим путем;
4) сложные композиционные материалы с новыми механическими свойствами.

В последнем случае получаемый композиционный материал состоит из титановой матрицы (реже из титанового сплава) с включенными в нее более или менее тонкими упрочняющими частицами. В качестве последних предложено большое количество высокопрочных монокристаллических нитей — усов на основе таких соединений, как, например, силициды (циркония и др.), карбиды (кремния, хрома, ванадия, бора, титана), оксиды (циркония, иттрия, алюминия), нитриды (бора и др.), а также волокон чистых элементов (углерода, бора). В качестве упрочнителей так же применяют и тонкие металлические нити (вольфрам, молибден).

Современные ученые исследуют возможность использования различных более сложных упрочнителей, а также их упорядоченного (направленного или слоевого) введения для получения материалов с максимально оптимальными механическими свойствами. Ряд композиционных материалов на основе титана имеет заметно повышенную прочность и удельную жесткость без потери пластичности, что часто очень важно, особенно при изготовлении авиационных и ракетных конструкций. Одной из основных проблем при изготовлении композиционных материалов высокого качества является сложность получения упрочняющих структурных составляющих, которые не растворялись бы под действием титановой матрицы в процессе горячей обработки и спекания.

На практике получение металлокерамических и композиционных конструкционных материалов изготовленных на основе титана до последнего времени преследовало цели, связанные главным образом с упрощением технологии изготовления деталей, а так же повышением механических свойств материала. Безусловно, однако, что подобные методы обязательно должны получить широкое применение также и для получения сплавов повышенной коррозионной стойкости.

Выше, например, отмечалось, что обычный металлургический способ получения наиболее кислотостойкого сплава Ti33Mo связан с существенными техническими трудностями (неоднородность слитка, сложность проката и т.п.). Последних можно в существенной мере избежать, если этот, а также ряд других коррозионностойких сплавов производить при помощи метода порошковой металлургии. Успешные опыты, выполненные еще в Институте физической химии АН СССР, в свое время показали, что благодаря смешению, прессованию и спеканию порошков титана и молибдена существует возможность получить сплав типа Ti33Mo гомогенной структуры, не уступающий по коррозионной стойкости сплаву, полученному металлургическим способом. Метод производства композиционных материалов может быть также использован для введения в титан эффективных катодных включений на основе интерметаллидов, карбидов, нитридов, силицидов и других соединений, которые не могут быть сохранены в виде структурных включений при металлургическом изготовлении сплава.

Так же были исследованы скорость коррозии и электрохимические свойства пористых металлокерамических сплавов титана с 15 и 33% Мо в растворах серной кислоты различной концентрации и температуры. Для приготовления образцов использовали порошки титана и молибдена, полученные электролитическим способом, которые после тщательного перемешивания прессовали в штабики под давлением 294 МПа (Зтн/см2). После прессования образцы спекали в вакууме при 1250 °С в течение 4 ч. Пористость образцов, определенная по их плотности, составляла 15— 20%. При прессовании с одновременным подогревом, кратковременными импульсами электротока пористость удавалось снизить до 1,5%. Фазовый состав сплава определяли рентгенографически. Расчет рентгенограмм показал, что сплав титана с 15% Мо имел двухфазную альфа +бета структуру, а сплав с 33 % Мо — однофазную бета структуру твердого раствора Ti—Мо, что соответствует структурам металлургических Ti—Мо сплавов такого же состава в отпущенном состоянии.

Скорость коррозии рассчитывали, исходя из геометрических размеров образца. Время проведения коррозионных испытаний составляло 95 ч при 25 С градусах и 8 ч при 50 и 100 С. Испытания в свою очередь выявили, что металлокерамические сплавы титана с молибденом значительно отличаются высокой коррозионной стойкостью по сравнению с нелегированным металлокерамическим титаном. Так, например, скорость коррозии металлокерамического сплава титана 20%-ной пористости с 33% Мо в 40%-ной H2SO4 при 50 С была меньше 0,1 г/(м2 ч). Металлокерамический сплав титана с 33% Мо также обладает высокой коррозионной устойчивостью в растворах серной кислоты абсолютно всех концентраций при комнатной температуре, до 60%-ной концентрации H2SO4 устойчив при 50 С и до 30%-ной - при 100 С. Металлокерамический титан в свою очередь, а также сплавы с 15 % Мо в большинстве исследованных условий были недостаточно стойки.

Металлокерамические сплавы титана с молибденом также имеют очень высокую устойчивость в соляной кислоте при 100 С. Данные о проведенных коррозионных испытаниях представлены на рисунке 1. Из него видно, что легирование металлокерамического титана молибденом существенно увеличивает его стойкость. Особенно высокой стойкостью обладает сплав титана Ti33Mo, устойчивость которого при пористости ~1,5% была примерно такой же, как и у компактного металлургического сплава Ti33Mo.

Металлокерамические и композиционные титановые сплавы


На основании приведенных данных целесообразно начать разработку технологии получения из кислотостойкого сплава Ti33Mo большого ряда изделий, работающих в агрессивных условиях, а также некоторых полуфабрикатов (лист, трубы) методами порошковой металлургии. Это важная и технически разрешимая проблема. По-видимому, уже сейчас возможно непосредственное изготовление таких необходимых кислотостойких изделий, как детали центробежных насосов, запорной арматуры, фильтров и др.

Рейтинг:
(голосов: 2)
Новость опубликована 23-04-2016, 11:18.
Понравилась тема? Посмотрите эти:
Написать комментарий
Ваше Имя:


Ваш E-Mail:


Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера

Код:
Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код


Введите код: