Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм

Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм

Досліджено вплив сумісного легування Si і Al на еволюцію структури і фізико-механічні властивості литих сплавів на базі інтерметалідної фази α2-Ti3Al. В залежності від вмісту Si та Al в матриці Ti3(Al, Si) утворюється доменна структура, розмір якої збільшується від 0,04 мкм в сплаві Ti―11Al―1Si до 0...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
Hauptverfasser: Горна, І.Д., Баньковський, О.І., Бега, М.Д., Котко, А.В., Кулак, Л.Д., Фірстов, С.О.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2008
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17671
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм / І.Д. Горна, О.І. Баньковський, М.Д. Бега, А.В. Котко, Л.Д. Кулак, С.О. Фірстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 15. — С. 137-144. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17671
record_format dspace
spelling Горна, І.Д.
Баньковський, О.І.
Бега, М.Д.
Котко, А.В.
Кулак, Л.Д.
Фірстов, С.О.
2011-03-05T20:10:16Z
2011-03-05T20:10:16Z
2008
Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм / І.Д. Горна, О.І. Баньковський, М.Д. Бега, А.В. Котко, Л.Д. Кулак, С.О. Фірстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 15. — С. 137-144. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
XXXX-0048
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17671
669.295:539.22
Досліджено вплив сумісного легування Si і Al на еволюцію структури і фізико-механічні властивості литих сплавів на базі інтерметалідної фази α2-Ti3Al. В залежності від вмісту Si та Al в матриці Ti3(Al, Si) утворюється доменна структура, розмір якої збільшується від 0,04 мкм в сплаві Ti―11Al―1Si до 0,2 мкм в сплаві Ti―17Al―6Si. Твердість за Віккерсом в сплавах з різним вмістом алюмінію (11―17%) зростає із збільшенням концентрації кремнію (1―6%). Довготривала твердість (жароміцність) сплавів з різним вмістом алюмінію зростає із збільшенням вмісту кремнію немонотонно. При однаковому вмісті кремнію кращу жароміцність мають сплави з більшою концентрацією алюмінію.
uk
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
spellingShingle Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
Горна, І.Д.
Баньковський, О.І.
Бега, М.Д.
Котко, А.В.
Кулак, Л.Д.
Фірстов, С.О.
title_short Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
title_full Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
title_fullStr Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
title_full_unstemmed Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм
title_sort структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-ti3al, легованих кремнієм
author Горна, І.Д.
Баньковський, О.І.
Бега, М.Д.
Котко, А.В.
Кулак, Л.Д.
Фірстов, С.О.
author_facet Горна, І.Д.
Баньковський, О.І.
Бега, М.Д.
Котко, А.В.
Кулак, Л.Д.
Фірстов, С.О.
publishDate 2008
language Ukrainian
publisher Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format Article
description Досліджено вплив сумісного легування Si і Al на еволюцію структури і фізико-механічні властивості литих сплавів на базі інтерметалідної фази α2-Ti3Al. В залежності від вмісту Si та Al в матриці Ti3(Al, Si) утворюється доменна структура, розмір якої збільшується від 0,04 мкм в сплаві Ti―11Al―1Si до 0,2 мкм в сплаві Ti―17Al―6Si. Твердість за Віккерсом в сплавах з різним вмістом алюмінію (11―17%) зростає із збільшенням концентрації кремнію (1―6%). Довготривала твердість (жароміцність) сплавів з різним вмістом алюмінію зростає із збільшенням вмісту кремнію немонотонно. При однаковому вмісті кремнію кращу жароміцність мають сплави з більшою концентрацією алюмінію.
issn XXXX-0048
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17671
citation_txt Структура та властивості інтерметалідних титанових сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм / І.Д. Горна, О.І. Баньковський, М.Д. Бега, А.В. Котко, Л.Д. Кулак, С.О. Фірстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 15. — С. 137-144. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT gornaíd strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
AT banʹkovsʹkiioí strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
AT begamd strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
AT kotkoav strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
AT kulakld strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
AT fírstovso strukturatavlastivostííntermetalídnihtitanovihsplavívnabazíα2ti3allegovanihkremníêm
first_indexed 2025-11-25T04:53:58Z
last_indexed 2025-11-25T04:53:58Z
_version_ 1850504474442858496
fulltext 137 УДК 669.295:539.22 Структура і властивості сплавів на базі α2-Ti3Al, легованих кремнієм І. Д. Горна, О. І. Баньковський, М. Д. Бега, А. В. Котко, Л. Д. Кулак, С. О. Фірстов Досліджено вплив сумісного легування Si і Al на еволюцію структури і фізико- механічні властивості литих сплавів на базі інтерметалідної фази α2-Ti3Al. В залежності від вмісту Si та Al в матриці Ti3(Al, Si) утворюється доменна структура, розмір якої збільшується від 0,04 мкм в сплаві Ti―11Al―1Si до 0,2 мкм в сплаві Ti―17Al―6Si. Твердість за Віккерсом в сплавах з різним вмістом алюмінію (11―17%) зростає із збільшенням концентрації кремнію (1―6%). Довготривала твердість (жароміцність) сплавів з різним вмістом алюмінію зростає із збільшенням вмісту кремнію немонотонно. При однаковому вмісті кремнію кращу жароміцність мають сплави з більшою концентрацією алюмінію. Максимальна температура експлуатації комерційних титанових сплавів складає 600 оС. Одним із шляхів підвищення цієї температури є створення більш жароміцної у порівнянні з α-Ті матриці на основі алюмінідних фаз α2-Ti3Al і γ-TiAl [1, 2]. Тому розробка сплавів інтерметалідного класу на базі алюмінідів титану з підвищеною жорсткістю та високою питомою міцністю у межах температур 700―900 оС є актуальною. Таким сплавам властиві високі жароміцність, жаростійкість та негорючість в атмосфері повітря та продуктів згоряння палива. Важливою легуючою добавкою, що значно підвищує опір окисненню та корозії, крипові властивості титанових сплавів, є кремній [3―7]. Детальне вивчення фазових рівноваг в потрійній системі Ti―Al―Si проведено в роботах [8―11]. Автори робіт [8, 9] встановили, що лінія евтектичного перетворення e1e2 проходить приблизно за ізоконцентратою 5―10% (ат.) (3,5―7% (мас.)) Si далеко вздовж алюмінієвої сторони (до 80% алюмінію), а евтектичні сплави цієї системи являються двофазними матеріалами і складаються з інтерметалідних фаз α2-Ti3(Al, Si) (γ-Ti(Al, Si) і силіциду Ti5(Al, Si)3. Границями фазової області α2 + Ti5(Al, Si)3 системи Ti―Al―Si є 20―35% (ат.) (13―23% (мас.)) Al і 5―10% (ат.) (3,5―7% (мас.)) Si. Відомості про властивості таких сплавів відсутні. Тому мета даної роботи включає дослідження сумісного впливу кремнію і алюмінію на еволюцію структури і фізико-механічні властивості інтерметалідних α2-Ti3Al сплавів. Матеріали та методика експерименту Для виплавки зливків використовували чисті вихідні матеріали і високочистий аргон. Зливки модельних сплавів масою 80―100 г, діаметром 10―15 мм і висотою 80―90 мм у вигляді стрижнів виплавляли методом аргонно-дугової плавки з невитратним вольфрамовим електродом у мідному водоохолоджуємому тиглі в інертному середовищі. © І. Д. Горна, О. І. Баньковський, М. Д. Бега, А. В. Котко, Л. Д. Кулак, С. О. Фірстов, 2008 138 Забезпеченню рівномірного розподілу легуючих домішок сприяло конвективне перемішування розплаву і багаторазове перегортання зливків (4―8 переплавів на протязі 3―5 хв кожний). Структуру та фазовий склад сплавів вивчали методами світлової мікроскопії (СМ) та трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ), рентгеноструктурного аналізу. Твердість за Віккерсом виміряли на приладі HPQ 250 з навантаженням 300 Н. Для одержання діаграм склад―жароміцність використовували метод вимірювання довготривалої гарячої твердості (твердості після витримки 1 год під навантаженням 10 H) [12, 13]. Випробування проводили в інтервалі температур 300―750 оС. Для зняття термічних напружень та вирівнювання складу твердого розчину сплавів зразки відпалювали при температурі 800 оС 1 год. Експеримент та обговорення результатів Попереднє вивчення будови та твердості за Віккерсом вибраних сплавів подвійної системи Ti―Al дозволило визначити конкретні склади сплавів Ti―Al―Si для досліджень. Залежність твердості за Віккерсом подвійних сплавів Ti―Al в литому стані у діапазоні концентрацій алюмінію 0―17% (тут і далі ― % (мас.)) наведено на рис. 1. Видно, що лінійна залежність твердості від вмісту алюмінію порушується при ∼9% Al, а в інтервалі концентрацій 11―17% Al твердість сплавів становить приблизно 3 ГПа, що майже в три рази перевищує твердість йодидного титану (1 ГПа). Згідно з літературними даними [14―17] та результатами наших попередніх досліджень [5―7], таке зростання твердості пояснюють утворенням фази α2, яка, як відомо, має впорядковану гексагональну DO19 структуру і базується на інтерметаліді Ti3Al. Електронно-мікроскопічне дослідження показало, що подвійні сплави з 11―17% Al (за виключенням сплаву Ti―9Al, структура якого складається з твердого розчину Al в α-Ті, зміцненого наддисперсними частками фази α2-Ti3Al) (рис. 2, а, б) мають впорядковану структуру α2-Ti3Al фази, про що свідчать формування антифазних границь термічного походження в сплавах (рис. 2, в―ж) і поява надструктурних рефлексів на відповідних мікродифракційних знімках (рис. 2, г―з). В якості базових подвійних сплавів були вибрані склади (%): Ti―11Al, Ti―14Al, Ti―17Al. Автори робіт [8―10] показали, що концентрація кремнію в евтектичних 0 4 8 12 16 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Òâ åð ä³ ñò ü çà  ³êê åð ñî ì , Ã Ï à Âì ³ñò Al, % (ì àñ.) сплавах потрійної системи Ti―Al―Si складає 3,5―7%. Для подальших досліджень були вибрані склади сплавів з вмістом кремнію 4―6%. Таку групу евтектичних сплавів для порівняння доповнили твердорозчин- ними сплавами з 1 і 2% Si. Рис. 1. Твердість за Віккерсом литих Ti―Al сплавів. Тв ер ді ст ь за В ік ке рс ом , Г П а Вміст Al, % (мас.) 139 а в д ж б г є з Рис. 2. ТЕМ мікрофотографії структур і мікродифракційні знімки подвійних литих сплавів Ti―ХAl: a, б ― Ti―9Al; в, г ― Ti―11Al; д, е ― Ti―14Al; є, ж ― Ti―17Al. Дослідження будови литих сплавів системи Ti―Al―Si Мікрофотографії структур литих сплавів системи Ti―ХAl―YSi, які досліджено методами світлової і трансмісійної електронної мікроскопії, наведено на рис. 3―5. Сплави Ti―1Si―(11, 14, 17)Al. Структура сплавів в литому стані являє однорідний твердий розчин (рис. 3, а; 4, а; 5, а). Підвищення вмісту алюмінію приводить до зменшення розміру литих кристалітів (дендритів) від 150―130 мкм в сплаві Ті―11Al―1Si до 50―30 мкм в сплаві з 17% Al. Матриця має доменну структуру (розмір доменів ― 0,04 мкм) (рис. 3, б) і включає окремі виділення часток вторинного силіциду Ti5Si3. Розмір доменів зростає із збільшенням концентрації алюмінію: в сплаві з 14% Al він досягає в середньому 0,06 мкм (рис. 4, б), а з 17% ― ~ 0,2 мкм (рис. 5, б). Сплави Ti―2Si―(11, 14, 17)Al. Збільшення концентрації кремнію до 2% приводить до появи в структурі сплавів перших порцій евтектики (α2-Ti3Al + Ti5Si3) (рис. 3, г; 4, г; 5, г). Зсув точки початку евтектичного перетворення з 3 (характерної для подвійних сплавів Ti―Si) до 2% Si зумовлений впливом алюмінію, який зменшує розчинність кремнію в α-Ті (α2-Ti3Al) [3, 11]. Розмір дендритів зменшується до 130―100 мкм. В той же час спостерігається відносне зростання доменів матриці (α2-Ti3Al) цих сплавів у порівнянні з попередньою групою при підвищенні вмісту кремнію до 2%. Так, в сплаві Ti―11Al―2Si їх середній розмір складає ∼0,06 мкм. Сплави Ti―4Si―(11, 14, 17)Al. Литі сплави мають типову дендритну структуру доевтектичних сплавів, модифіковану кремнієм (рис. 3, д; 4, д; 5, д). Номінальний розмір литого зерна різко зменшується за рахунок зростання об’ємної долі евтектики і складає 50―30 мкм. Збільшення розмірів доменів α2-Ti3Al в сплаві з 11% Al (з 0,06 до 0,08 мкм в аналогічному складі з 2% (мас.) Si) пояснюється зростанням вмісту алюмінію в матриці при підвищенні концентрації кремнію в сплаві (рис. 3; 5, є). Сплави Ti―6Si―(11, 14, 17)Al. Сплави з вмістом кремнію 6% в залежності від концентрації алюмінію мають різні структури: сплав з 11% Al ― доевтектичну (рис. 3, ж), з 14% Al ― евтектичну (рис. 4, ж) і заев- 140 а в д ж б г є з Рис. 3. Мікрофотографії структури литих сплавів Ті―11Al―ХSi з різним вмістом кремнію (%): а, б ― 1; в, г ― 2; д, є ― 4; ж, з ― 6 (а, в, д, ж ― СМ; б, г, є, з ― ТЕМ). а в д ж б г є з Рис. 4. Мікрофотографії структури литих сплавів Ті―14Al―ХSi з різним вмістом кремнію (%): а, б ― 1; в, г ― 2; д, є ― 4; ж, з ― 6 (а, в, д, ж ― СМ; б, г, є, з ― ТЕМ). а в д ж б г є з Рис. 5. Мікрофотографії структури литих сплавів Ті―17Al―ХSi з різним вмістом кремнію (%): а, б ― 1; в, г ― 2; д, є ― 4; ж, з ― 6 (а, в, д, ж ― СМ; б, г, є, з ― ТЕМ). тектичну ― з 17% Al з крупними первинними силіцидами (Ti5Si3) (рис. 5, ж). Розмір дендритів знаходиться в межах 30―15 мкм. Особливості структури матриці сплавів аналогічні структурам розглянутих сплавів ― з підвищен- ням вмісту алюмінію і кремнію зростає розмір доменів фази α2-Ti3Al. 141 В сплаві з 11% Al він досягає ∼0,1 мкм (рис. 3, з), що більше, ніж в сплаві з 4% Si (∼0,08 мкм). В сплаві Ti―17Al―6Si ця величина складає ∼0,2 мкм (рис. 5, з). Рентгеноструктурне дослідження литих Ti―Al―Si сплавів В литих сплавах Ti―Al―Si в залежності від вмісту кремнію і алюмінію відбуваються фазові та структурні перетворення, обумовлені формуванням евтектики, процесами впорядкування в інтерметалідній матриці, а також зміною кількості і морфології зміцнюючої фази. Легування кремнієм приводить до утворення в структурі потрійних сплавів силіцидів (Ti5Si3) ― первинних, евтектичних, вторинних або третинних різного хімічного складу. Легування алюмінієм обумовлює формування впорядкованої інтерметалідної фази α2-Ti3Al з широкою зоною гомогенності, а також перерозподіл вмісту кремнію в різних структурних елементах сплаву. Відомо, що алюмінід титану α2-Ti3Al стехіометричного складу Ti―25% (ат.) Al (∼16% (мас.)) (a = 0,5771 нм, c = 0,465 нм, 2c/a = 1,61) має зону гомогенності 20―35% (ат.) (13―23% (мас.)) Al [14―17]. Зміна складу фаз призводить до зміни параметрів кристалічної гратки матриці сплаву (∆a, ∆c) та її об’єму (∆V). Результати рентгенофазового і рентге- ноструктурного аналізу матриці α2-Ti3(Al, Si) і силіцидної фази в сплавах Ti―Al―Si з різним вмістом кремнію і алюмінію наведено в таблиці. Склад твердого розчину α2-Ti3Al в досліджуваних сплавах системи Ti―Al―Si різний і залежить від загальної концентрації алюмінію в сплаві (таблиця). Так, в сплавах з 4% Si параметр a зменшується від 0,5807 нм при 11% Al до 0,5775 нм при 17% Al. Параметр c при цьому зменшується від 0,4650 до 0,4637 нм. На рис. 6 представлено графік залежності відношення 2c/a від складу сплавів, що досліджуються. Такий параметр, по суті, є функцією легованості матриці α2-Ti3Al компонентами сплаву. Відмічається, що для сплавів Ti―14Al і Ti―17Al параметр 2c/a практично не залежить від загального вмісту кремнію (1―6%), але знаходиться в прямій залежності від загальної концентрації алюмінію ― чим вище концентрація алюмінію в сплаві, а значить і в матриці α2-Ti3Al, тим більше значення 2c/a [15]. Для стехіометричного складу фази α2-Ti3Al величина 2c/a дорівнює 1,61. Це означає, що в сплавах Ті―11Al― (4―6)Si матриця α2-Ti3Al має параметр 2c/a, близький до стехіометричного (рис. 6). Дослідження твердості за Віккерсом литих Ti―Al―Si сплавів Аналіз результатів вимірювання твердості за Віккерсом дозволяє виявити важливі закономірності залежності міцності досліджуваних Ti―Al―Si сплавів від вмісту легуючих елементів (рис. 7). В сплавах з різним вмістом Al твердість зростає із збільшенням концентрації кремнію. Для сплаву з 11% Al відмічається значне початкове зростання твердості з 3 до 4 ГПа в інтервалі концентрації Si до 2%, що обумовлено насиченістю кремнієм матриці α2-Ti3Al. Крім того, в роботі [18] було показано, що вклад твердорозчинного зміцнення в величину твердості перевищує вклад за рахунок евтектичного зміцнення, тому утворення евтектичних силіцидів в сплавах Ti―2Si―14Al і Ti―2Si―17Al призводить до зниження твердості за Віккерсом у порівнянні із практично твердороз- 142 0 1 2 3 4 5 6 1,598 1,600 1,602 1,604 1,606 1,608 2c /a Âì ³ñò Si, % (àò.) Рис. 6. Залежність параметра 2с/а литих сплавів Ti―Al―Si від вмісту кремнію: ○ ― Ті―11Al; ∆ ― Ті―14Al; ● ― Ті―17Al. 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 Òâ åð ä³ ñò ü çà  ³ê êå ðñ îì , Ã Ï à Âì ³ñò Si, ì àñ. % Рис. 7. Залежність твердості за Віккер- сом від вмісту кремнію для литих сплавів Ti―Al―Si: □ ― Ti―11Al; ▲ ― Ti―14Al; ∆ ― Ti―17Al. Параметри кристалічної гратки фази α2-Ti3(Al, Si) і наявність силіциду Ti5(Si, Al)3 в сплавах Ti―Al―Si з різним вмістом кремнію Вміст Si, % (мас.) a, нм c, нм V, нм3 2c/a Силіцид Ti5(Si,Al)3 Сплави Ti―11Al―ХSi 1 0,5823 0,4657 0,1367 1,599 Не виявлено 2 0,5817 0,4655 0,1364 1,600 Ознаки Ti5(Si,Al)3 а = 0,7475 нм а = 0,5190 нм 4 0,5807 0,4650 0,1358 1,601 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7491 нм с = 0,5211 нм 6 0,5805 0,4652 0,1357 1,602 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7491 нм с = 0,5189 нм Сплави Ti―14Al―ХSi 1 0,5796 0,4650 0,1353 1,605 Не виявлено 2 0,5791 0,4646 0,1349 1,604 Ознаки Ti5(Si,Al)3 4 0,5794 0,4650 0,1352 1,605 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7498 нм с = 0,5195 нм 6 0,5794 0,4652 0,1353 1,606 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7507 нм с = 0,5191 нм Сплави Ti―17Al―ХSi 1 0,5787 0,4640 0,1346 1,604 Не виявлено 2 0,5778 0,4638 0,1341 1,605 Ti5(Si,Al)3 4 0,5775 0,4637 0,1339 1,605 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7501 нм с = 0,5185 нм 6 0,5773 0,4631 0,1352 1,604 Ti5(Si,Al)3 а = 0,7499 нм с = 0,5198 нм Тв ер ді ст ь за В ік ке рс ом , Г П а Вміст Si, % (мас.) Вміст Si, % (ат.) 143 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 Вміст Si,% (мас.) H V 1, Г П а 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 Вміст Si, % (мас.) H V 1, Г П а Рис. 8. Температурна залежність довготривалої твердості литих сплавів Ti―Al―Si з різним вмістом кремнію і алюмінію: а ― Ti―11Al―ХSi при 600 (●), 700 (○) та 800 oC (▲); б ― Ti―14Al―ХSi при 600 (●), 700 (○) та 800 oC (▲); в ― Ti―17Al―ХSi при 650 (●), 750 (○) та 850 oC (▲). 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 Вміст Si, % (мас.) H V 1, Г П а чинним сплавом Ti―2Si―11Al. В той же час різницю в рівнях твердості сплавів з різним вмістом алюмінію можна пояснити дією ряду факторів, до яких входять розмір кристалітів та доменів, ступінь впорядкування структури інтерметалідної матриці, насиченість останньої легуючими елементами, утворення евтектики та виділення часток дисперсних силіцидів. Відмітимо також, що серед сплавів з різним вмістом кремнію і алюмінію найбільшу твердість близько 5,3 ГПа має евтектичний сплав з Ti―14Al―6Si (рис. 4, ж, з). Дослідження довготривалої твердості литих Ti―Al―Si сплавів Довготривала гаряча твердість (жароміцність), як видно з рис. 8, незалежно від концентрації алюмінію змінюється із збільшенням кількості кремнію немонотонно. Спочатку з ростом вмісту кремнію довготривала твердість підвищується за рахунок насиченості твердого розчину. Невеликий спад твердості (при 2% Si) зумовлений початком утворення евтектики. Подальший хід кривої жароміцності залежить від двох конкуруючих факторів: збільшення кількості евтектичних силіцидів і їх розмірів, оптимальне співвідношення яких має місце при 4% Si, коли жароміцність сплавів досягає максимального значення. При однаковому вмісті кремнію жароміцність сплавів підвищується при збільшенні вмісту алюмінію. Висновки Досліджено вплив сумісного легування кремнієм (1―6% (мас.)) і алюмінієм (11―17% (мас.)) на структуру і фазовий склад литих інтерметалідних Ti―Al―Si сплавів. Особливістю еволюції структури таких сплавів при їх легуванні кремнієм є більш раннє формування евтектики (при ~2%), що обумовлене зниженням розчинності кремнію у β-Ti при зростанні вмісту алюмінію. Встановлено зменшення номінального розміру литої структури сплавів від 150―130 до 30―15 мкм і збільшення розміру доменної структури із ростом вмісту кремнію і алюмінію. Найменший розмір доменів ~0,04 мкм наблюдається в твердорозчинному сплаві Ti―1Si―11Al, а максимальний ~0,2 мкм ― в заевтектичному сплаві Ti―6Si―17Al. в a б 144 Показано, що в сплавах Ti―Al―Si з різним вмістом алюмінію твердість за Віккерсом зростає із збільшенням концентрації кремнію. В той же час складний характер залежності твердості при сумісному легуванні Al і Si визначає сумарна дія ряду механізмів зміцнення (знеміцнення): твердорозчинного, евтектичного, структурного (розмір зерна, домена), дисперсного. Найбільшу твердість ~5,3 ГПа має евтектичний сплав Ti―6Si―14Al. Встановлено, що довготривала твердість (жароміцність) сплавів Ti―Al―Si з різним вмістом алюмінію зростає із збільшенням вмісту кремнію немонотонно. Невеликий спад твердості при 2% Si пояснюється початком утворення евтектики (α2-Ti3Al + Ti5Si3). При однаковому вмісті кремнію кращу жароміцність мають сплави з більшою концентрацією алюмінію. Максимальну довготривалу твердість ~2 ГПа при 850 оС демонструє заевтектичний сплав Ti―6Si―17Al. 1. Froes F. H., Suryanayana C., Tliezer D. Synthesis, properties, and applications of titanium aluminides // J. Mater. Sci. ― 1992. ― 27. ― P. 5113―5140. 2. Djanarhany S., Viala J.―C., Bouix J. An overview of monolithic titanium aluminides based on Ti3Al and TiAl // Mater. Chem. Phys. ― 2001. ― 72. ― P. 301―319. 3. Arrell D., Flower H. M. and Kerry S. The role of silicon in Ti3Al alloy // Titanium`92. Science and Technology. V. 2. The Minerals, Metals&Materials Society, 1993. ― P. 1003―1008. 4. Bulanova M., Firstov S., Kulak L. et al. Multicomponent Ti―Si―based systems // Metallic Materials with High Structural Efficiency. ― Kluwer Acad. Publ, 2004. ― P. 217―228. 5. Gornaya I. D., Bulanova M. V., Bankovsky O. I. et al. Intermetallic alloys based on α2- Ti3Al and reinforced by eutectic silicides Ti5(Si,Al)3: phase equilibria, structure, and properties // Col. Abs. IX Internat. conf. on Cryst. Chem. Interm. Compd., Lviv, Ukraine, September 20―24, 2005. ― P. 41. 6. Баньковський О. І., Горна І. Д., Коваль О. Ю. та ін. Вплив кремнію на структуру та властивості евтектичних сплавів на основі алюмініду α2-Ti3Al // Теория и практика металлургии. ― 2006. ― № 4―5 (53―54). ― C. 152―154. 7. Gornaya I. D., Gorpenko K. A., Bega N. D. et al. New eutectic Ti―Si―X alloys desighn with physical & mechanical properties requirements due to additional intermetallic reinforcement // Col. Abs. X Internat. conf. on Cryst. Chem. Interm. Compd., Lviv, Ukraine, September 17―20, 2007. ― P. 92. 8. Wu J. S., Beaven P. A., Wagner R. The Ti3(Al, Si) + Ti5(Si, Al)3 eutectic reaction in the Ti―Al―Si system // Scripta Met. ― 1990. ― 24. ― P. 207―212. 9. Wu J. S., Qiu G., Zhang L. The β-Ti(Al, Si) + Ti5(Si, Al)3 eutectic reaction in Ti―Al―Si ternary system // Scripta Met. ― 1994. ― 30 ― P. 213―218. 10. Bulanova M., Tretyachenko L., Golovkova M. Phase equilibria in the Ti-rich corner of the Ti―Si―Al system // Z. Metallk. ― 1997. ― 88, Nо. 3. ― P. 257―265. 11. Bulanova M., Tretyachenko L., Golovkova M., Meleshevich K. Phase equilibria in the α-Ti―Al―Si region of the Ti―Si―Al system // J. Phase Equil. Diffusion. ― 2004. ― 25, Nо. 3. ― P. 209―229. 12. Захаров В. М., Захаров А. М. Жаропрочные сплавы. ― М.: Металлургия, 1972. ― 384 с. 13. Борисенко В. А. Твердость и прочность тугоплавких материалов при высоких температурах. ― К.: Наук. думка, 1984. ― 193 с. 14. Massalski T. B., Subramanian P. R., Okamoto H., Kacprzak L. Binary Alloy Phase Diagrams. Vol. 1―3. ― ASM International, Metals Park, OH, 1990. 15. Коллинз Е. В. Физическое металловедение титановых сплавов. ― М.: Металлургия, 1988. ― 224 с. 16. Цвиккер У. Титан и его сплавы. ― М.: Металлургия, 1979. ― 512 с. 17. Braun J., Flener M. On the partial atomic volume of aluminium in the titanium-rich phases of the binary system Ti―Al // Z. Metallk. ― 2000. ― 91, Nо. 5. ― P. 389―392. 18. Gornaуа I., Bankovsky O., Bega N. et al. Effect of Zr on structure and mechanical behaviour of Ti―Al―Si alloys // Metallic Materials with High Structural Efficiency. ― Kluwer Acad. Publ., 2004. ― P. 229―234.

Ähnliche Einträge