Введение 4
1 Области применения титано-алюминиевых композиционных материалов 7
2 Структура и свойства исходных компонентов. Взаимодействие титана и
алюминия 9
2.1 Структура и свойства титана 9
2.2 Структура и свойства алюминия 10
2.2.1 Атомно-эмиссионный анализ алюминиевого слоя композиционного материала 11
2.3 Диаграмма состояния «титан - алюминий» 13
2.4 Свойства интерметаллидов на основе титана и алюминия 15
3 Способы получения титано-алюминиевых композитов 18
3.1 Прокатка 18
3.2 Диффузионная сварка 20
3.3 Сварка взрывом 22
3.4 Самопроизвольная пропитка 24
4 Проведение патентного поиска 27
5 Исследование влияния параметров сварки взрывом на структуру и свойства
композита 33
5.1 Параметры получения слоистого композиционного материала с про-межуточным перфорированным слоем 33
5.2 Исследование микроструктуры композиционного материала 35
5.3 Измерение микротвердости композиционного материала 40
5.4 Оценка механических свойств композиционного материала 41
Заключение 46
Список использованных источников 48
Приложение А 56
Приложение Б 59
Приложение В 61
Приложение Г 63
Приложение Д 65
В настоящее время наблюдается ускорение темпов научно-технического прогресса, и, как следствие, темпов роста промышленного производства. В связи с этим, к конструкционным материалам предъявляются все более высокие эксплуатационные требования. Многие традиционные материалы - металлы и сплавы - зачастую не соответствуют этим требованиям. Поэтому в настоящее время во многих отраслях промышленности растет спрос на относительно новый класс конструкционных материалов - композиционные материалы. По сравнению с традиционными материалами, композиты обладают существенным преимуществом - они сочетают в себе только достоинства составляющих их компонентов, при этом их недостатки в композите не проявляются. Кроме того, применение этих материалов позволяет снизить массу летательных аппаратов, автомобилей, судов, увеличить КПД двигателей, а также создать новые конструкции, обладающие высокой работоспособностью и надежностью [1, 2].
Особое внимание специалисты обращают на слоистые композиционные материалы (далее - СКМ). Их применение позволяет не только повысить надежность и долговечность деталей и оборудования, но и существенно сократить расход высоколегированных сталей, снизить энергоемкость и металлоемкость, расходы на техническое обслуживание, производство запчастей и ремонт оборудования. СКМ применяют в строительстве, машиностроении, авиастроении, приборостроении, химической и нефтехимической промышленности и ряде других отраслей промышленности. Их используют в качестве несущих конструкций, переходников, приспособлений и деталей, обладающих специальными свойствами [3].
В частности, благодаря своим уникальным физическим и механическим свойствам, широкое применение в промышленности находят композиционные материалы на основе титана. Основные его достоинства - относительно высокая прочность (по этому показателю титан не уступает большинству легированных сталей), хладостойкость, коррозионная стойкость (титан, в частности, стоек в таком сильном окислителе, как азотная кислота). Кроме того, титан имеет сравнительно небольшую плотность р = 4,71 г/см3, за счет чего возможно уменьшение массы деталей, изготовленных из данного металла. В связи с указанными преимуществами, титановые сплавы используются в машиностроении (в частности, в автомобилестроении), ракето- и авиастроении, космической технике, судостроении, химической, криогенной и пищевой промышленности, нефтегазовой отрасли, медицине и других областях [1, 4-7]. Недостатком самого титана считается низкий модуль упругости, т.е. он непригоден для изготовления жестких конструкций...
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы решалась проблема исследования технологии получения слоистого композиционного материала системы «титан - алюминий». По итогам работы можно сделать следующие основные выводы:
а) Проведен аналитический обзор структуры и свойств титана ВТ1-0 и алюминия АД1, описано взаимодействие исследуемых материалов. Определены возможные типы интерметаллидов, которые могут быть образованы на границе раздела титана и алюминия (TiAl, Ti3Al, TiAl2, TiAl3, Ti9Al23).
б) Проведен обзор методов получения титано-алюминиевых слоистых композиционных материалов. Показано, что наиболее рациональным является применен сварки взрывом.
в) Осуществлены патентные исследования по разнородным, в том числе ти- тано-алюминиевым, композиционным материалам, полученным по технологии сварки взрывом. Были выявлены 10 патентов по улучшению прочности, жесткости, жаростойкости, износостойкости композиционных материалов, полученных сваркой взрывом.
г) Изучена микроструктура полученного слоистого композиционного материала с промежуточным перфорированным слоем. На образце, вырезанном в направлении, совпадающим с направлением прохождения точки контакта, выявлена волнообразная конфигурация границы раздела, характерная для соединений, полученных сваркой взрывом. Также была обнаружена интерметаллическая прослойка на границе раздела исходных металлов, что подтвердило предположение об образовании химических соединений при использовании форсированных режимов сварки взрывом...
