РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Досліджувані сплави та методи їх обробки
Вихідними матеріалами для виплавки та досліджень були обрані: йодидний та
технічний титан марки ВТ1-0, алюміній марки А0, кремній марки КР1, йодидний
цирконій.
Для отримання зразків необхідного хімічного складу сплавів системи Ti-Si та
Ti-Si-Х для проведення термомеханічної обробки відливались зливки вагою 2,5-10
кг (табл. 2.1).
Таблиця 2.1
Хімічний склад досліджуваних у роботі титанових сплавів
Сплав системи
Середній вміст складових, % (мас.) *
Al
Si
Zr
Ti-Si
0,1
0,18
0,021
Ti-1Si
1,18
0,20
0,018
Ti-2Si
2,1
0,21
0,019
Ti-4Si
3,6
0,18
0,021
Ti-6Si
5,7
0,22
0,023
Ti-3Al-2Si-5Zr
3,1
2,0
5,1
0,21
0,018
Ti-3Al-4Si-5Zr
3,0
3,9
5,2
0,19
0,022
Ti-3Al-6Si-5Zr
3,4
5,9
5,1
0,23
0,036
Ti-8Al-1,4Si-2,2Zr
8,5
1,4
2,2
0,06
0,014
* Загальний вміст Fe та Cr був близько 0,2 % (мас.), вміст водню - менше 0,006%
(мас.), азоту - менше 0,003% (мас.) для всіх сплавів
Сплави серій Ti-хSi, Ti-3Al-xSi та Ti-3Al-5Zr-xSi (х – різний вміст кремнію)
виплавлені на основі комерційного сплаву BT1-0 (Fe<0,25; Si<0,1; C<0,07;
N<0,04; O<0,2; інші <0,3 мас. %) плазмово-дуговим методом в атмосфері аргону з
попереднім вакуумуванням плавильної камери. Температура розплаву була в
інтервалі температур 1620-1660 oC. Рідкий метал виливався у графітовий тигель у
самій камері плавлення, де охолоджувався до температури 600 оС. До кімнатної
температури метал охолоджувався за межами камери плавлення.
Сплав Ti-8Al-1,4Si-2,2Zr виплавлений за допомогою електронно-променевої
гарнісажної плавки у вакуумі при кристалізації у стальному тиглі.
Основою для виплавки злитків був титан технічної чистоти ВТ1-0, який має бути
визначений як псевдо a-титановий сплав із коефіцієнтом стабілізації b- фази kb
= 0,05 [67, 68]. Дані щодо фазового складу сплаву ВТ1-0 показані на рис. 2.1.
Ці дані підтверджують співіснування гексагональної та кубічної фаз у вихідному
литому стані сплаву ВТ1-0.
Рис.2.1. Дані аналізу фазового складу переплавленого сплаву ВТ1-0: H – Ti
Hexahonal, C – Ti Cubic
Для досліджень були вибрані найбільш прийнятні схеми деформування та виплавлені
зливки наступних хімічних складів (Табл. 2.2).
Таблиця 2.2
Склади та схеми деформування виплавлених зливків
Сплав системи
Спосіб виплавки
Спосіб
деформування
Температура деформування, оС
Ti-xSi
дуговий
кування
850 - 1050
Ti-3Al-5Zr-xSi
дуговий
кування
870 - 1050
Ti-3Al-5Zr-4Si
дуговий
штампування
800 - 1200
Ti-8Al-1,4Si-2,2Zr
променевий
кування
прокатування
970 - 1085
Враховуючи особливості структуроутворення при гарячій пластичній деформації
матеріалів та особливості фазової діаграми станів сплавів системи Тi-Si, були
обрані три основні схеми деформування:
штампування при температурах 800-1200 оС та ступенях деформації 10-60 %;
кування при температурах 1050-1100 оС до ступеню деформування 30, 60 та 90 %;
прокатування при температурі 700-1085 оС в плоских та профільних валках.
Відкрите гаряче штампування дозволило визначити термомеханічні параметри
процесу деформації, а саме початкову й кінцеву температури деформації й
максимально припустимий одноразовий ступінь деформування у заданому
температурному інтервалі. Штампування здійснювалося на пресі КВ 2132 за схемою
вільного осаджування на різний ступінь одноразової вісьової деформації на
плоских паралельних між собою плитах. Нагрівання заготівок проводили у камерній
печі опору; тривалість ізотермічної витримки при нагріванні під деформацію
становила не менше 15 хвилин. Осаджування зразків проводили за один хід
кривошипного пресу із східчастим збільшенням ступеню осьового деформування до
появи перших тріщин на бічних поверхнях. Контактна поверхня робочих поверхонь
плит пресу була шліфована і оброблена мастилом із суміші машинного масла з
графітом. З метою зменшення тепловіддачі нагрітого зразка, на бійки накладали
прокладки з листового азбесту товщиною 1-2 мм. Середня швидкість деформування
становила 0,8-1,2 м/с. Зразки мали діаметр та висоту рівну 25 мм. Температура
деформації змінювалась в діапазоні 800 -1200 оС, ступінь одноразової деформації
– від 10 до 60 %.
Вільне кування дало можливість дослідити вплив циклічного навантаження та зміну
напрямку деформування матеріалу у процесі ТМО на його фізико-механічні
властивості при заданих температурах і ступенях деформування. Кування
проводилося на пневматичному молоті марки МА-417 із зусиллям 750 кг. Перед
деформуванням робочі поверхні молота були підігріті до температури 250-350 oС.
Зразки мали діаметр та висоту близько 80 мм. Нагрівання заготівок здійснювали в
газовій камерній печі в два етапи: з попереднім нагріванням від 20 до 900 оС і
остаточним з 900 до 1100 oС із швидкістю 0,3 град./с. Контроль температури
нагрітих заготівок здійснювали по контрольному приладу із записом термограми.
Температуру кінця деформації періодично контролювали оптичним пірометром
"Промінь".
Прокатування проводили на спеціалізованому двохвалковому реверсивному
прокатному стані призначеному для холодної прокатки пористих електродних
стрічок з металевих порошків з горизонтальним розташуванням валків. Стан
спроектовано та виготовлено на Ленінградському монтажно-технічному бюро в 1964
році. Стан має наступні параметри: потужність приводу 33 кВт, діаметр валків -
900/500/200 мм, довжина робочої частини валків - 120/300/300 мм, швидкість
прокатування 0,074 /0,041 м/с, максимальний крутячий момент - 2,8/2,8/1,2 тЧм,
максимальне навантаження на валок - 90/160/160 тс. Прокатку проводили при
температурах від 850 до 1150оС із різним ступенем деформування.
Прокатування в профільних валк
- Київ+380960830922