Тема: Исследование влияния ультразвуковой обработки на микроструктуру и механические свойства технического титана ВТ1-0

Наличие высоких удельной прочности, коррозионной стойкости, биоинертности и хладостойкости обусловливает широкое применение титановых сплавов в качестве перспективных конструкционных материалов в авиационно-космической и химической промышленности, а также в медицине [1]. Для повышения механических и физико-химических свойств материалов, в т. ч. и титановых сплавов, активно используются методы поверхностного упрочнения (химико-термическая обработка, поверхностная закалка, обработка электронным пучком, ионная имплантация и др.), среди которых своей относительной простотой технической реализации и низкой себестоимостью выделяется ультразвуковая обработка (УЗО) [2]. В отличие от дробеструйной [3, 4], пескоструйной [5], SMAT [6,7] и других технологий упрочнения, основанных на пластической деформации поверхностных слоев, УЗО позволяет контролировать силу и плотность ударов, а, следовательно, более эффективно обрабатывать поверхность материалов. Кроме этого, ультразвуковая обработка характеризуется способностью обрабатывать труднодоступные локальные области и детали любой формы и размеров.
Хорошо известно, что воздействие индентора, колеблющегося с ультразвуковой частотой, позволяет в широких пределах изменять дислокационную субструктуру материала, измельчать зерна и субзерна до размеров нано- и субмикронного диапазона, формировать сжимающие напряжения в поверхностном слое материала и, тем самым, существенно улучшать физические и механические свойства конструкционных материалов, такие как твердость, предел текучести, износостойкость, усталостная прочность и коррозионная стойкость [8]. Естественно ожидать, что чем выше мощность ультразвукового воздействия, тем более существенно измельчается структура поверхностного слоя металлов и сплавов, а, следовательно, достигаются более высокие физико-химические, механические и другие их свойства. В то же время, интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя обрабатываемого материала сопровождается существенным огрублением его
поверхности [9]. Увеличение шероховатости поверхности, в свою очередь, может оказывать негативное влияние на усталостную прочность конструкционных материалов, приводить к ухудшению их свариваемости, увеличивать их сорбционную способность по отношению к водороду, что является актуальной проблемой для материалов, склонных к водородному охрупчиванию таких как титан, цирконий и др.
В работах [10, 11] показано влияние ультразвуковой обработки на морфологию поверхности материалов. Отмечается, что при воздействии ударника на поверхности обрабатываемого материала образуются полукруглые навалы, формируются микротреки и микроямки. Однако механизм огрубления поверхности, в том числе формировании навалов и микроямок остается неясным.
Необходимо отметить, что эффект по упрочнению от ультразвуковой обработки зависит как от параметров обработки, так и от исходного структурного состояния образцов. В работах [12,13], где в качестве материала для исследований авторами были взяты отожженный сплав Zr-1%Nb и закаленный сплав Zr-2.5%Nb, было показано, что в процессе ультразвуковой обработки у данных циркониевых сплавов наблюдается различная степень упрочнения. Более мягкий отожженный сплав Zr-1%Nb характеризуется большим приростом по твердости после ультразвуковой обработки, чем более твердый закаленный сплав Zr-2.5%Nb. Аналогичный эффект большего повышения прочностных характеристик у изначально более мягкого материала после его ультразвуковой обработки установлен в исследованиях с образцами из различных марок стали [14,15,16]. В указанных исследованиях в повышении механических свойств материала отмечается роль дислокационного скольжения, измельчения зерен или выделения вторичных упрочняющих фаз. Однако влияние среднего размера зерна, плотности дислокаций и других структурных параметров материала на закономерности изменения его микроструктуры в процессе ультразвуковой обработки и связанного с этим повышения механической прочности к настоящему времени остается не ясным.
Целью данной работы является исследование влияния ультразвуковой обработки на морфологию поверхности, микроструктуру и механические свойства образцов технического титана ВТ1-0.
Основными задачами работы являются:
1. Исследование механизмов формирования поверхностной шероховатости в образцах технического титана ВТ1-0, подвергнутых ультразвуковой обработке.
2. Исследование влияния исходного структурного состояния образцов технического титана ВТ1 -0 на изменение их микроструктуры и механических свойств в процессе ультразвуковой обработки.
Купить