МЕТАЛОФІЗИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ПІДВИЩЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СПЛАВУ ВТ1-0 ЗА МОДИФІКУВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ КИСНЕМ

автор **Admin** Пт Бер 20, 2015 7:54 pm

Труш В.С., к.т.н.
ФМІ ім. Г. В. Карпенка НАН України, м. Львів

Завдяки низці переваг (високій питомій міцності, стійкості в агресивних середовищах, біосумісності) перед іншими конструкційними матеріалами титан і сплави на його основі широко використовують у багатьох галузях народного господарства [1]. Одним із недоліків титану є його висока спорідненість до елементів втілення за високих температур (>600°C). Взаємодія з газовим технологічним середовищем неминуче призводить до газонасичення (твердорозчинного зміцнення) поверхневого шару металу та проблеми прогнозування його впливу на функціональні властивості виробів в цілому [2, 3].
У Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України (Львів) експериментально встановлено ефект підвищення втомної довговічності та довготривалої міцності титанових сплавів ВТ1-0, ПТ-7М, ОТ4-1 шляхом регламентованого модифікування поверхневого шару металу термодифузійним насиченням у контрольованому кисневмісному газовому середовищі [4, 5].
Виникає питання у чому ж полягає природа підвищення витривалості та тривалої статичної міцності титанових сплавів при модифікуванні поверхневого шару киснем.
Для встановлення фізичної природи підвищення довговічності виробів з титанових сплавів зі зміцненим поверхневим шаром методами рентгеноструктурного, електронно-металографічного, фактографічного аналізів вивчено вплив рівня зміцнення поверхні на структурно-фазовий стан поверхневого шару сплаву ВТ1-0 (технічно чистий титан).
Показано, що твердорозчинне зміцнення (киснем) поверхневого шару сплаву ВТ1-0 призводить до деформування кристалічної решітки – зміни параметрів с, а та їх співвідношення с/а, подрібнення субзеренної структури та виникнення стискальних напружень 2-го роду. Причому для “оптимального” рівня зміцнення K ≈ 70%, при якому досягнуто найбільший приріст довговічності відносно вихідного (не зміцненого) стану та при зміцненні на інші рівні (K = ((Hпов0,49 – Hcерц0,49)/Hсерц0,49)•100%, де: Hпов0,49 – твердість поверхні титану; Hсерц0,49 – твердість серцевини титану) ці характеристики мають максимальні значення.
Електронно-мікроскопічними дослідженнями на просвіт з використанням фольги зі зміцненого шару сплаву ВТ1-0, вперше встановлено еволюцію тонкої структури зміцненого поверхневого шару залежно від рівня зміцнення. Показано, що при “до оптимальному” рівні зміцнення (коли приріст довговічності знаходиться між вихідним значенням та довговічністю сплаву, зміцненого на “оптимальний” рівень) спостерігаються хаотичні невпорядковані вигнуті відрізки дислокацій; частина з яких не зв’язана між собою. При зміцненні на “оптимальний” рівень формується впорядкована коміркова дислокаційна структура, що забезпечує значну енергоємність руйнування через одночасну участь у деформуванні великої кількості малих мікрооб’ємів. За “понадоптимального” рівня поверхневого зміцнення (значення приросту довговічності менші ніж за “оптимального” рівня зміцнення) дислокаційна структура розупорядкована, спостерігається формування передвиділень субоксидних фаз як тілом зерна, так і його субмежами з концентрацією полів напружень навколо передвиділень.
На основі аналізу отриманих результатів зроблено висновок, що підвищення довговічності за “оптимального” рівня зміцнення (K ≈ 70%) поверхневого шару виробів з титанового сплаву ВТ1-0 зумовлено: формуванням максимального рівня залишкових стискальних напружень, подрібненням субзеренної структури та утворенням впорядкованої коміркової дислокаційної структури.

Список використаних джерел:1. Горынин И.В. Титан в машиностроении / И.В. Горынин, Б.Б. Чечулин. – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с. 2. Корнилов И.И. Взаимодействие тугоплавких металлов переходных групп с кислородом / И.И. Корнилов, В.В. Глазова. – М.: Наука, 1967. – 254 с.3. Lutjering Gerd Titanium / Gerd Lutjering, James C. Williams // 2nd edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007, 438 p. 4. Оцінка експлуатаційної придатності виробів з титанових сплавів різних структурних класів з газонасиченими шарами / В. М. Федірко, А. Т. Пічугін, О. Г. Лук’яненко, З. О. Сірик // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 1996. – т. 32, № 6. – С. 49–54. 5. Вплив дифузійного насичення киснем на витривалість і тривалу статичну міцність титанових сплавів / В. М. Федірко, О. Г. Лук’яненко, В. С. Труш // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2014. – Том. 50, № 3. – С. 91-96.