Створення нових конструкційних армованих матеріалів на основі титану та його сплавів із підвищеними фізикомеханічними властивостями
| dc.contributor.advisor | Лобода, Петро Іванович | |
| dc.contributor.author | Ремізов, Дмитро Олексійович | |
| dc.date.accessioned | 2021-11-24T11:10:06Z | |
| dc.date.available | 2021-11-24T11:10:06Z | |
| dc.date.issued | 2021 | |
| dc.description.abstractuk | Дисертаційна робота присвячена розробленню фізико-хімічних основ одержання та керуванню кінетичних параметрів процесу СЗЕС із розплаву на формування мікроструктури та фізико-механічних властивостей композиційних матеріалів Ti-TiB. 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. Дослідження мікроструктури показало, що як у повздовжньому, так і в поперечному перетинах мікроструктура сплаву представлена суцільною матричною фазою із Ті та зерен, волокон із ТіВ. Методом рентгеноструктурного аналізу встановлено, що сплав складається з α-Ті та фази ТіВ. У процесі плавки відбувається взаємодія дибориду титану з титаном із утворенням ТіВ, існування якого з термодинамічної точки зору більш вірогідне, ніж 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. Що свідчить про формування витягнутих в напрямку руху фронту кристалізації включень боридної фази. Встановлено, що мікроструктура центральної частини зливку характеризується значно більшими за розмірами включеннями боридної фази, як в повздовжньому так і в поперечному перетинах, що може бути обумовлено підігрівання з поверхні розплаву і зменшенням швидкості кристалізації. 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. При цьому спостерігається обернено пропорційна залежність між поперечним розміром фази ТіВ і кількістю включень. З метою з’ясування впливу швидкості кристалізації розплаву евтектичного квазібінарного сплаву на кількість, морфологію та однорідність розподілу включень TiB досліджували кінетику процесу кристалізації розплаву в умовах зонної плавки порошкових матеріалів. За даними рентгенофазового аналізу титанова матриця композиційного матеріалу складається переважно з фази α-Ті, причому зі збільшенням швидкості кристалізації області когерентного розсіювання як α-Ті, так і фази TiB, зменшуються, що добре узгоджується з даними кількісної металографії. Боридні включення, що формуються на краю кристалу, так і в центральній його частині переважно витягнуті вздовж напрямку росту кристалу. 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 підтвердження впливу температурного градієнта в кристалі на кількість та розмір включень, проводили обробку попередньо закристалізованого евтектичного сплаву Ti-ТіВ в умовах електронно–променевого оплавлення. 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. За даними кількісної металографії, кількість включень збільшилась у 40 разів. При цьому розмір включень склав менше 1 мкм в діаметрі, що майже на порядок менше за розміри боридних включень у сплавах спрямовано закристалізованих в умовах індукційної зонної плавки. З метою визначення мікротвердості кристалів евтектичних сплавів проводили дослідження в залежності від навантаження як вздовж, так і впоперек до напрямку розташування включень боридної фази. 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. Показано вплив кількості та розміру включень із ТіВ на міцність та пластичність кристалів евтектичного сплаву зразків, які піддавались випробуванню на розтягування. 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. Найбільш чітко видно на мікроструктурах зламів, отриманих при мінімальних швидкостях деформування, що включення ТіВ не тільки переміщаються в поздовжньому напрямку, але й згинаються. Поблизу зігнутих у процесі деформування волокон формуються області з ямковим характером руйнування, що свідчить про можливість пластичної деформації матричної фази під час згинання волокон. З метою визначення механічних характеристик сплаву, у якому волокна орієнтовані переважно в одному напрямку, заготовку, отриману методом ЕПП, піддавали прокатуванню. Після прокатування, для вирівнювання хімічного складу по відношенню до домішок, прокатані пластини розрізалися на заготовки та нагрівалися в печі до Т–900˚, а потім гартувалися в середовищі: води, масла, повітря та охолоджувалися зі швидкістю охолодження печі. 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 в умовах розтягування встановлено, що не залежно від режимів термообробки прокатаного армованого волокнами бориду титану, 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 і, перш за все, процеси формування структри природньо армованих матеріалів під час кристалізації евтектичних сплавів квазібінарних систем. 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. Дослідження розміру волокон монобориду титану в зразках, отриманих цими методиками, показало, що розмір волокон монобориду титану, отриманого в умовах спрямованої кристалізації лежить в межах від 2,97 мкм до 72 мкм, а волокна монобориду титану в структурі порошків, отриманих в умовах масової кристалізації мали розміри від 1,27 мкм до 7,95 мкм. | uk |
| dc.format.page | 166 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Ремізов, Д. О. Створення нових конструкційних армованих матеріалів на основі титану та його сплавів із підвищеними фізикомеханічними властивостями : дис. … д-ра філософії : 132 Матеріалознавство / Ремізов Дмитро Олексійович. – Київ, 2021. – 166 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/45201 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | спрямована кристалізація | uk |
| dc.subject | зонна плавка | uk |
| dc.subject | електроннопроменева плавка | uk |
| dc.subject | сплав | uk |
| dc.subject | титан | uk |
| dc.subject | диборид | uk |
| dc.subject | механічні властивості | uk |
| dc.subject | сплав Ti-TiB | uk |
| dc.subject | напруження | uk |
| dc.subject | кристал | uk |
| dc.subject | волокна | uk |
| dc.subject | directional crystallization | uk |
| dc.subject | band melting | uk |
| dc.subject | electron beam melting | uk |
| dc.subject | alloy | uk |
| dc.subject | titanium | uk |
| dc.subject | diboride | uk |
| dc.subject | mechanical properties | uk |
| dc.subject | Ti–TiB alloy | uk |
| dc.subject | stress | uk |
| dc.subject | crystal | uk |
| dc.subject | fibers | uk |
| dc.subject.udc | 621.762.53 | uk |
| dc.title | Створення нових конструкційних армованих матеріалів на основі титану та його сплавів із підвищеними фізикомеханічними властивостями | uk |
| dc.type | Thesis Doctoral | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 2 з 2
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 5.06 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission