Введение 3
Основная часть 4
1 Обзор литературы 4
1.1 Искровое плазменное спекание 4
1.2 Металл-матричные композитные материалы с титановой матрицей 7
1.3 Микроструктура композита Ti/TiB 19
1.4 Механические свойства композита Ti/TiB 26
Постановка задачи исследования 29
2 Материалы и методики исследования 31
2.1 Материал исследования и методика изготовления
экспериментальных образцов 31
2.2 Методика приготовления смеси 31
2.3 Искровое плазменное спекание (ИПС) 31
2.4 Подготовка образцов для металлографических исследований 31
2.5 Методика электронно-микроскопических исследований 32
2.6 Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) 32
2.7 Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) 33
2.8 Определение значении диаметра, длины, ширины и
обьемной доли частиц TiB 34
2.9 Определение микротвердости 35
2.10 Механическое испытание на сжатие (осадка) 35
3 Результаты и их обсуждение 37
3.1 Исходная микроструктура композита Ti/TiB 37
3.2 Измерение микротвердости композитов Ti/TiB 38
3.3 Механическое испытание на сжатие (осадка) 39
3.4 Эволюция микроструктуры композита Ti/TiB в ходе осадки 41
3.5 Анализ экономической целесообразности проведения работ 45
Выводы 49
Список литературы
Благодаря своим привлекательным свойствам (высокая удельная прочность, коррозионная стойкость) титан широко востребован в различных видах промышленности. Но применение титана и низколегированных сплавов на его основе часто ограничивается его недостаточной прочностью, твердостью и износостойкостью. Решить эту проблему можно путем создания композитов на основе титана с использованием в качестве армирующего компонента высокотвердых соединений. В этом случае высокая прочность легирующего компонента сочетается с высокими значениями ударной вязкости матрицы титана. Среди различных упрочнителей моноборид титана является наиболее привлекательным, поскольку он имеет плотность, близкую к плотности титана, высокий модуль Юнга, создает минимальные остаточные напряжения за счет близкого значения коэффициента теплового расширения, а также имеет хорошее кристаллографическое сопряжение с титановой матрицей [1, 2].
В ходе синтеза композита Ti/TiB методом искрового плазменного спекания (ИПС) твердая фаза TiB образуется в результате химической реакции Ti+TiB2=Ti+2TiB [1, 3]. Данный метод получения композита имеет ряд достоинств: высокая скорость синтеза при ИПС обеспечивает высокую производительность метода и оказывает минимальное влияние на микроструктуру, позволяя сохранить высокую дисперсность исходных порошков; кроме того, используя данную технологию можно достичь практически 100% плотности заготовок [4, 5].
Между тем, присутствие упрочняющей фазы TiB не только повышает прочность, но и существенно снижает пластичность композита. В работе [7] удалось добиться повышения пластичности титанового сплава, упрочненного волокнами моноборида титана, посредством высокотемпературной деформации. Однако работ, посвященных эволюции структуры в ходе деформационно-термической обработки очень мало [7, 8].
В данной работе проведено исследование эволюции микроструктуры и механического поведения композита Ti/TiB с содержанием TiB210%, синтезированного при температуре 1000°С, в ходе осадки в интервале температур 500-1050°С. По итогам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1) Исходная микроструктура композита Ti/TiB представляет собой титановую матрицу с распределенными в ней волокнами TiB со средним размером ~50±25 нм. Также в структуре композита Ti/TiB после спекания наблюдаются непрореагировавшие частицы TiB2. Пористость в обоих состояниях не превышает 0.5%.
2) Была измерена микротвердость композита Ti/TiB по Виккерсу. Образец, осаженный при 1050ОС, показал наибольшее значение микротвердости: 531 HV. Установлено, что увеличение содержания TiB от 11 об.% до 15 об.% способствует увеличению микротвердости до 10%.
3) В ходе деформации в интервале температур 500-1050oC происходит увеличение длины нитевидных кристаллов TiB. А также наблюдается увеличение диаметра и длины волокон TiB при повышении температуры деформации (выше 900°С).
4) Образец показал более высокую прочность при деформации 500-700°С и деформируются без трещин при осадке >850°С. При изучении эвалюции микроструктуры в ходе деформации можно выделить 3 стадии:
1. Формирование ячеистой микроструктуры с высокой плотностью дислокаций при осадке 500°С;
2. Протекание динамической рекристаллизации при осадке в интервале температур 700-950°С;
3. Формирование полностью рекристаллизованных структур при осадке выше 10000С.
