ВУЗ: Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Материаловедение
Добавлен: 18.02.2019
Просмотров: 12622
Скачиваний: 123
101
Таблица 4.2
Влияние качества шихты и метода получения слитка на химический
состав, объемную долю интерметаллида Ti
2
Ni и температурные
характеристики восстановления формы.
Номер
плавки
Метод
плавки
Состав
Объем-
ная
доля
Ti
2
Ni,
%
Температуры
восстановления
формы после
закалки,
С
Шихта
Ni O
C
А
Н
В
А
К
В
ат.% масс. % масс. %
1
2
3
4
5
ВДПНЭ
50,0
50,4
50,7
51,0
52,0
55,1
55,5
55,8
56,1
57,0
0,07
0,06
0,07
0,04
0,03
0,007
0,007
0,006
0,008
0,007
4
5
6
6
4
98
66
46
8
-37
118
78
50
12
-20
иодидный
титан
6
7
50,4
51,0
55,5
56,0
0,10
0,09
0,011
0,012
13
12
10
-21
17
-13
губчатый
титан
8 50,6
55,7
0,35 0,018
18
-52
-31
лом
9
10
11
12
ГРЭ+ВДП
48,4
49,2
49,6
50,6
53,5
54,3
54,7
55,7
0,16
0,14
0,16
0,17
0,015
0,010
0,023
0,018
15-18
11-13
14-16
11-16
105
93
0
-45
116
114
10
-30
губчатый
титан
13
14
ВИП
(США)
50,6
50,7
55,7
55,8
0,02
0,01
0,012
0,012
9-13
4-8
-37
7
-25
15
15
ВИП
(холодный
тигель)
49,4 54,5 0,18 0,015
12 32 40
куски
ВТ1-0
16
17
49,1
51,0
54,2
56,0
0,02
0,03
0,009
0,008
7
8
75
-10
80
-6
губчатый
титан
102
Методы плавки так же влияют на количество примесей, так как во
время пребывания сплава в расплавленном состоянии он активно
взаимодействует с окружающей атмосферой и материалом тигля.
Наибольшее насыщение кислородом происходит при гарнисажной плавке, а
наименьшее при вакуумно дуговом переплаве с расходуемым электродом и
вакуумно индукционной плавке. В последнем случае необходимо
минимизировать взаимодействия расплава с материалом тигля. Это
возможно применением разрезного охлаждаемого медного тигля или тигля
из специальной керамики, не растворяемой в жидком металле. Во всех
рассмотренных случаях, чем больше содержится в сплаве кислорода, тем
выше объемная доля интерметаллида Ti
2
Ni (Ti
4
Ni
2
O) и температуры
восстановления формы. Поэтому при одинаковом содержании основных
компонентов в сплаве его температуры восстановления формы значительно
изменяются от качества шихты и метода плавки (см. таблицу 4.2).
При горячей деформации слитка необходимо обеспечить требуемую
геометрию полуфабрикатов и преобразовать исходную литую структуру,
раздробить ветви дендритов В2-фазы (получить равноосные достаточно
мелкие зерна) и частицы интерметаллида Ti
2
Ni. Последние желательно
равномерно распределить по объему матрицы, не давая им сосредоточиться
на границе В2-зерен. Эти частицы обладают значительно более высокой
твердостью по сравнению с пластичной В2-матрицей и могут существенно
охрупчивать материал.
Решение одновременно двух зачастую противоположных задач
требует оптимизации режимов деформации. Так для обеспечения геометрии
полуфабриката необходимо повышать температуру деформации, а для
преобразования структуры ее желательно снизить. Поэтому, как правило,
обработку деформацией слитков сплавов на основе никелида титана ведут в
несколько этапов. На первом при максимально высоких температурах (980-
103
1000
С) надо провести осадку или прессование слитка на 3040%, чтобы
разбить грубую литую структуру и придать заготовке форму, удобную для
последующего получения требуемого полуфабриката. На последующих
стадиях прокатки прутков или листов температуру деформации постепенно
снижают с 960-980
С до 700-800С. Это делается, чтобы в процессе
динамической рекристаллизации измельчить В2-зерно и обеспечить
равномерное распределение в объеме матрицы частиц Ti
2
Ni (см. рис. 4.8).
Волочение проволоки [22] или прокатку тонких листов желательно
проводить при температухах 550-600
С.
В некоторых случаях, когда требуется провести наклеп В2-фазы,
например, для обеспечения высоких характеристик сверхупругости,
деформацию (не менее 20%) полуфабриката заканчивают при нормальной
температуре.
Из полуфабрикатов сплавов на основе никелида титана (лист, пруток,
проволока, труба) механической, электроэрозионной, лазерной резкой
изготавливают заготовки изделий. Следует отметить, что из-за плохой
обрабатываемости резанием предпочтительными являются два последних
вида обработки. Окончательную форму изделия, как правило, задают
деформацией. Она может быть «активной» - когда заготовку деформируют
при температурах 500-600
С, или «пассивной» - если деформация
осуществляется при нормальной или даже отрицательных температурах (за
счет передвойникования при деформации на 10-12% материала в
мартенситном состоянии), после чего изделие заневоливают и отжигают
при температурах 450-550
С. Заданная таким образом форма изделий будет
«исходной», к которой оно должно возвращаться при реализации ЭПФ или
СУ.
4.3 Влияние термической обработки на термомеханические
свойства сплавов на основе никелида титана
104
После придания формы изделие подвергается окончательной
термообработке, цель которой сформировать требуемые структуру и
комплекс термомеханических свойств (характеристик восстановления
формы). При отжиге деформированного материала в нем можно
сформировать полигонизованную или рекристаллизованную структуры В2-
фазы. Субструктура сплавов будет влиять на развитие скольжения в
материале – чем выше дефектность кристаллической структуры В2-фазы,
тем выше напряжения, при которых должно развиваться скольжение, а
соответственно, больше реактивные напряжения восстановления формы.
При минимальных искажениях кристаллической решетки прямое и
обратное мартенситное превращение протекает при низких напряжениях и
более однородно по всему объему материала, что обеспечивает
наименьший температурный интервал восстановления формы. В процессе
термообработки сплавов на основе никелида титана, содержащих свыше
54,5% Ni в интервале температур 400-600
С в них протекают процессы
выделения или растворения частиц богатых никелем интерметаллидов
(Ti
3
Ni
4
, Ti
2
Ni
3
). Это, с одной стороны, приводит к дисперсионному
упрочнению или разупрочнениию В2-фазы, а с другой стороны изменяется
ее химический состав в соответствие с линией переменной растворимости
никеля в В2-фазе в соответствии с диаграммой состояния (см. рис. 4.1).
Поэтому образование богатых никелем интерметаллидов вызывает
обеднение В2 никелем и повышение температур мартенситного
превращения.
Растворение этих частиц наоборот – обогащает матрицу сплава
никелем и понижает температуры превращения и восстановления формы.
Максимальная объемная доля богатых никелем интерметаллидов
образуется в процессе старения при температурах 450-500
С и обеспечивает
наиболее высокие температуры восстановления формы (рисунок 4.9).
105
Оптим
регули
предел
Рисун
П
все спл
охваты
диффу
входят
претер
конечн
Ф
термич
характ
состоян
обрабо
позвол
дислок
мизация те
ировать те
лах.
нок 4.9. Вли
По воспри
лавы на о
ывает сос
узионного
т сплавы,
рпевать м
ном итоге
Фазовый
ческой о
еристика
ния В2-
оток. Соче
ляет получ
кационную
емперату
емперату
ияние темп
(А
н
в
, А
иимчивос
основе Ti
ставы ме
о распада
содержа
многостад
е частиц T
состав
обработке
ми ВФ д
фазы пу
етание пл
чить необ
ю структу
рно-врем
уры восст
пературы ст
А
к
в
) сплавов
сти к терм
iNi можно
енее 50,
а В2-фазы
щие боле
дийный д
TiNi
3
.
сплавов
е. Поэтом
для этих с
утем тер
ластическ
бходимую
уру.
менных ус
тановлени
тарения на
в на основе
мической
о раздели
5 ат.%
ы (49,5-5
ее 50,5 ат
диффузио
в первой
му единс
сплавов я
рмомехани
кой дефор
ю для про
словий от
ия формы
а температу
е никелида
и термом
ить на две
Ni, в к
0,5 ат.%
т.% Ni, в
онный р
й группы
ственным
является
ической
рмации с
оявления
тжига изд
ы в доста
уры восстан
титана.
механичес
е группы
которых
Ni). Во
которых
распад с
ы не ч
м способ
изменени
или тер
термичес
различны
делий поз
аточно ш
новления ф
ской обра
ы. Первая
не прои
вторую
х В2-фаза
выделен
чувствите
бом упра
ие структ
рмоцикли
ской обра
ых видов
зволяет
широких
формы
аботкам
группа
исходит
группу
а может
нием в
елен к
авления
турного
ической
аботкой
памяти