Помощь студентам в учебе
Исследование процессов и разработка технологии для двухдуговой наплавки сплавов системы титан-никель
|
Аннотация 2
Введение 6
1 Способы получения и перспективы применения сплавов и покрытий на основе системы Ti-Ni 8
1.1 Диаграмма состояния системы титан - никель 8
1.2 Свойства титановых сплавов и область их применения 9
1.3 Способы получения и свойства интерметаллидных покрытий на основе системы Ti -Ni 10
1.3.1 Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 11
1.3.2 Метод горячего прессования 12
1.3.3 Технология искрового плазменного спекания 13
1.3.4 Электролитическое осаждение металлов 15
1.3.5 Аддитивные технологии 15
2 Материалы, оборудование, технологический процесс и методика исследований и испытаний 18
2.1 Методика исследования процессов двухдуговой наплавки 18
2.1.1 Технологический процесс исследования двухдуговой наплавки 20
2.1.2 Методика исследования химического состава, микроструктуры и рентгенографического анализа 21
2.1.3 Методика испытаний твердости и микротвердости 24
2.1.4 Методика испытания на износостойкость 25
2.1.5 Методика испытания на жаростойкость 26
2.2 Методика исследования двухдуговой плавки 27
3 Результаты исследований процессов двухдуговой наплавки, структуры и свойств наплавленного металла 30
3.1 Влияние режимов наплавки на геометрию наплавленного валика 30
3.2 Исследование химического состава и рентгенографического анализа 31
3.3 Испытание на твердость 40
3.4 Испытание на износостойкость 41
3.5 Испытание на жаростойкость 42
4 Результаты исследования процессов двухдуговой плавки никелидов титана и их свойств 45
4.1 Исследование химического состава, рентгенофазового анализа и микроструктуры 45
4.2 Испытание слитков на твердость 50
5 Безопасность и экологичность 52
5.1 Технологическая характеристика объекта 52
5.2 Персональные риски, возникающие при реализации технологического процесса 53
5.3 Технические и организационные предложения по уменьшению выявленных при анализе проектной технологии профессиональных рисков 55
5.4 Технические и организационные предложения по обеспечению пожарной безопасности 57
5.5 Оценка безопасности для природной среды предлагаемых технических решений 58
6 Оценка экономической эффективности 60
6.1 Состав затрат на проведение ВКР 60
6.2 Материальные затраты 60
Заключение 62
Список используемой литературы 64
Введение 6
1 Способы получения и перспективы применения сплавов и покрытий на основе системы Ti-Ni 8
1.1 Диаграмма состояния системы титан - никель 8
1.2 Свойства титановых сплавов и область их применения 9
1.3 Способы получения и свойства интерметаллидных покрытий на основе системы Ti -Ni 10
1.3.1 Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 11
1.3.2 Метод горячего прессования 12
1.3.3 Технология искрового плазменного спекания 13
1.3.4 Электролитическое осаждение металлов 15
1.3.5 Аддитивные технологии 15
2 Материалы, оборудование, технологический процесс и методика исследований и испытаний 18
2.1 Методика исследования процессов двухдуговой наплавки 18
2.1.1 Технологический процесс исследования двухдуговой наплавки 20
2.1.2 Методика исследования химического состава, микроструктуры и рентгенографического анализа 21
2.1.3 Методика испытаний твердости и микротвердости 24
2.1.4 Методика испытания на износостойкость 25
2.1.5 Методика испытания на жаростойкость 26
2.2 Методика исследования двухдуговой плавки 27
3 Результаты исследований процессов двухдуговой наплавки, структуры и свойств наплавленного металла 30
3.1 Влияние режимов наплавки на геометрию наплавленного валика 30
3.2 Исследование химического состава и рентгенографического анализа 31
3.3 Испытание на твердость 40
3.4 Испытание на износостойкость 41
3.5 Испытание на жаростойкость 42
4 Результаты исследования процессов двухдуговой плавки никелидов титана и их свойств 45
4.1 Исследование химического состава, рентгенофазового анализа и микроструктуры 45
4.2 Испытание слитков на твердость 50
5 Безопасность и экологичность 52
5.1 Технологическая характеристика объекта 52
5.2 Персональные риски, возникающие при реализации технологического процесса 53
5.3 Технические и организационные предложения по уменьшению выявленных при анализе проектной технологии профессиональных рисков 55
5.4 Технические и организационные предложения по обеспечению пожарной безопасности 57
5.5 Оценка безопасности для природной среды предлагаемых технических решений 58
6 Оценка экономической эффективности 60
6.1 Состав затрат на проведение ВКР 60
6.2 Материальные затраты 60
Заключение 62
Список используемой литературы 64
Сплавы на основе интерметаллидного соединения Ti-Ni обладают уникальным комплексом специальных свойств, что делает перспективным их применение как в машиностроении, так и в современной медицине.
Благодаря биосовместимости и механическому поведению близкому к поведению биологических тканей, никелид титана может применяться для изготовления имплантатов.
Эффект памяти формы, которым характеризуется никелид титана, позволяет использовать его для изготовления «деталей устройств и механизмов, функционирующих в температурно-силовых и деформационных режимах» [9], а жаростойкость - в высокотемпературных режимах.
«Потребность в изделиях из никелида титана, особенно для медицинских нужд, в последние годы все возрастает, необходимы более совершенные технологии получения и обработки таких сплавов» [9].
«Наряду с коррозионной стойкостью сплавы на основе титана и никеля характеризуются высокими показателями жаростойкости, что делает перспективным их применение для изделий, работающих в условиях высоких температур» [9].
Особые триботехнические свойства никелидов титана в сочетании с высокой демпфирующей способностью и сопротивлением коррозионно-эрозионным воздействиям определили его "триботехнический феномен" и определили его перспективность применения в качестве "трибоматериала".
«Существует и реализуется множество технологий получения интерметаллидных сплавов, в т.ч. и никелида титана, например, выплавка в дуговых и индукционных печах, электролиз расплавленных сред, спекание, самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
Однако перечисленные технологии отличаются высокой энергоемкостью процессов и значительной стоимостью как оборудования, так и металлических порошков.
Для получения сплавов на основе никелида титана была предложена технология двухдуговой наплавки в аргоне с применением электродных проволок из титана и никеля, а также плавка в графитовую форму. Такими способами можно формировать как изделия необходимой формы, так и наносить покрытия на поверхность уже готовых изделий» [9].
«Преимуществами предлагаемых способов являются возможность получения сплавов с заданным составом и удешевление производства» [9] сплавов за счет применения более простой технологии.
Целью работы является расширение области применения сплавов на основе системы титан - никель за счет проведения исследований процессов формирования, состава, структуры и свойств никелидов титана, полученных двухдуговой наплавкой и плавкой плавящимися электродами на основе титана и никеля в среде аргона.
Благодаря биосовместимости и механическому поведению близкому к поведению биологических тканей, никелид титана может применяться для изготовления имплантатов.
Эффект памяти формы, которым характеризуется никелид титана, позволяет использовать его для изготовления «деталей устройств и механизмов, функционирующих в температурно-силовых и деформационных режимах» [9], а жаростойкость - в высокотемпературных режимах.
«Потребность в изделиях из никелида титана, особенно для медицинских нужд, в последние годы все возрастает, необходимы более совершенные технологии получения и обработки таких сплавов» [9].
«Наряду с коррозионной стойкостью сплавы на основе титана и никеля характеризуются высокими показателями жаростойкости, что делает перспективным их применение для изделий, работающих в условиях высоких температур» [9].
Особые триботехнические свойства никелидов титана в сочетании с высокой демпфирующей способностью и сопротивлением коррозионно-эрозионным воздействиям определили его "триботехнический феномен" и определили его перспективность применения в качестве "трибоматериала".
«Существует и реализуется множество технологий получения интерметаллидных сплавов, в т.ч. и никелида титана, например, выплавка в дуговых и индукционных печах, электролиз расплавленных сред, спекание, самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
Однако перечисленные технологии отличаются высокой энергоемкостью процессов и значительной стоимостью как оборудования, так и металлических порошков.
Для получения сплавов на основе никелида титана была предложена технология двухдуговой наплавки в аргоне с применением электродных проволок из титана и никеля, а также плавка в графитовую форму. Такими способами можно формировать как изделия необходимой формы, так и наносить покрытия на поверхность уже готовых изделий» [9].
«Преимуществами предлагаемых способов являются возможность получения сплавов с заданным составом и удешевление производства» [9] сплавов за счет применения более простой технологии.
Целью работы является расширение области применения сплавов на основе системы титан - никель за счет проведения исследований процессов формирования, состава, структуры и свойств никелидов титана, полученных двухдуговой наплавкой и плавкой плавящимися электродами на основе титана и никеля в среде аргона.
Заключение по двухдуговой наплавке:
• Двухдуговая наплавка никелевой и титановой проволоками позволяет сформировать на поверхности титанового образца поверхностный слой, содержащий от 28,6 до 44,0 % никеля в зависимости от соотношения скоростей подачи проволок.
• При скоростях подачи никелевой проволоки 1,5-2,0 м/мин, а титановой - 4,0 м/мин структура металла наплавленных покрытий представлена эвтектикой Ti-Ti2Ni и интерметаллидными фазами Ti2Ni. С повышением скорости подачи никелевой проволоки до 3,5-4 м/мин и снижении скорости подачи титановой проволоки до 3,5 м/мин в металле шва выявляется интерметаллидная фаза TiNi.
• Стойкость к абразивному изнашиванию наплавленных образцов выше в 1,1-1,5 раза, чем у титана. При этом относительная износостойкость наплавленного покрытия определяется содержанием в его составе никеля. При 32-42% никеля отмечается снижение относительной износостойкости, что связано с преобладанием в структуре покрытия хрупкой интерметаллидной фазы Ti2Ni.
• Испытания наплавленных покрытий при 800 °С в течение 300-800 часов показали, что максимальной жаростойкостью обладают образцы, наплавленные при скорости подачи никелевой проволоки - 3,5-4,0 м/мин, титановой - 3,5 м/мин, со средним содержанием никеля до 42-44%, металл шва которых состоит из интерметаллидных фаз Ti2Ni, TiNi. Потеря массы образцов при времени выдержки 800 часов составляет не более 10-17 %.
Заключение по двухдуговой плавке:
• Двухдуговая плавка никелевой и титановой электродных проволок в среде аргона позволяет формировать сплавы системы титан- никель с высокой химической и фазовой однородностью. Управление режимами процесса, прежде всего, скоростью подачи электродных проволок, как показали исследования, позволяет управлять химическим и фазовым составом сплавов титан-никель в широких пределах.
• Проведенные экспериментальные исследования позволили получить сплавы с содержанием никеля от 34,1 до 60,1%. Фазовый состав полученных сплавов в зависимости от химического состава представлен фазами: NiTi2+Ti; NiTi2; NiTi2+NiTi; NiTi. Твердость образцов зависит от их состава и изменяется в пределах 20 - 52 I IRC. Минимальная твердость наблюдается у однофазных сплавов на основе интерметаллида NiTi2, а максимальная у сплавов на основе фазы NiTi.
• Однофазная структура на основе никелида титана (NiTi) при двухдуговом плавлении в среде аргона формируется при соотношении скоростей подачи никелевой и титановой проволоки одинакового диаметра в пределах 1-1,14.
• Двухдуговая наплавка никелевой и титановой проволоками позволяет сформировать на поверхности титанового образца поверхностный слой, содержащий от 28,6 до 44,0 % никеля в зависимости от соотношения скоростей подачи проволок.
• При скоростях подачи никелевой проволоки 1,5-2,0 м/мин, а титановой - 4,0 м/мин структура металла наплавленных покрытий представлена эвтектикой Ti-Ti2Ni и интерметаллидными фазами Ti2Ni. С повышением скорости подачи никелевой проволоки до 3,5-4 м/мин и снижении скорости подачи титановой проволоки до 3,5 м/мин в металле шва выявляется интерметаллидная фаза TiNi.
• Стойкость к абразивному изнашиванию наплавленных образцов выше в 1,1-1,5 раза, чем у титана. При этом относительная износостойкость наплавленного покрытия определяется содержанием в его составе никеля. При 32-42% никеля отмечается снижение относительной износостойкости, что связано с преобладанием в структуре покрытия хрупкой интерметаллидной фазы Ti2Ni.
• Испытания наплавленных покрытий при 800 °С в течение 300-800 часов показали, что максимальной жаростойкостью обладают образцы, наплавленные при скорости подачи никелевой проволоки - 3,5-4,0 м/мин, титановой - 3,5 м/мин, со средним содержанием никеля до 42-44%, металл шва которых состоит из интерметаллидных фаз Ti2Ni, TiNi. Потеря массы образцов при времени выдержки 800 часов составляет не более 10-17 %.
Заключение по двухдуговой плавке:
• Двухдуговая плавка никелевой и титановой электродных проволок в среде аргона позволяет формировать сплавы системы титан- никель с высокой химической и фазовой однородностью. Управление режимами процесса, прежде всего, скоростью подачи электродных проволок, как показали исследования, позволяет управлять химическим и фазовым составом сплавов титан-никель в широких пределах.
• Проведенные экспериментальные исследования позволили получить сплавы с содержанием никеля от 34,1 до 60,1%. Фазовый состав полученных сплавов в зависимости от химического состава представлен фазами: NiTi2+Ti; NiTi2; NiTi2+NiTi; NiTi. Твердость образцов зависит от их состава и изменяется в пределах 20 - 52 I IRC. Минимальная твердость наблюдается у однофазных сплавов на основе интерметаллида NiTi2, а максимальная у сплавов на основе фазы NiTi.
• Однофазная структура на основе никелида титана (NiTi) при двухдуговом плавлении в среде аргона формируется при соотношении скоростей подачи никелевой и титановой проволоки одинакового диаметра в пределах 1-1,14.
Подобные работы
- Исследование процессов наплавки жаростойких покрытий системы железо-алюминий
Магистерская диссертация, сварочное производство. Язык работы: Русский. Цена: 5550 р. Год сдачи: 2017