Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации
Исследовано влияние зонной перекристаллизации интерметаллидного сплава системы Ti—Al—Nb—Zr—Cr на его структуру и некоторые механические характеристики. Установлено, что зонный переплав способствует обеспечению направленной кристаллизации, уменьшению размера зерна интерметаллида, снижению его твердос...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96286 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации / Н.В. Пискун, И.Л. Богайчук, Е.А. Аснис, Г.М. Григоренко, И.И. Статкевич, В.В. Лакомский, В.А. Костин, Р.В. Козин, В.А. Березос // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96286 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пискун, Н.В. Богайчук, И.Л. Аснис, Е.А. Григоренко, Г.М. Статкевич, И.И. Лакомский, В.В. Костин, В.А. Козин, Р.В. Березос, В.А. 2016-03-13T19:46:06Z 2016-03-13T19:46:06Z 2011 Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации / Н.В. Пискун, И.Л. Богайчук, Е.А. Аснис, Г.М. Григоренко, И.И. Статкевич, В.В. Лакомский, В.А. Костин, Р.В. Козин, В.А. Березос // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96286 669.187.2 Исследовано влияние зонной перекристаллизации интерметаллидного сплава системы Ti—Al—Nb—Zr—Cr на его структуру и некоторые механические характеристики. Установлено, что зонный переплав способствует обеспечению направленной кристаллизации, уменьшению размера зерна интерметаллида, снижению его твердости и более равномерному ее распределению по сечению и объему слитка, в сравнении с интерметаллидом, полученным способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью. Эти структурные изменения приводят к повышению прочности и пластичности интерметаллида. The effect of zonal recrystallization of intermetallic alloy of Ti—Al—Nb—Zr—Cr system on structure and some mechanical characteristics of the alloy was investigated. It was found that the zonal remelting promotes the formation of directed crystallization, decrease in size of intermetallic grain, reduction in its hardness and more uniform its distribution in section and volume of ingot as compared with intermetallic, produced by the method of electron beam cold hearth melting (EBCHM). These structural changes lead to the increase in strength and ductility of intermetallic. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации Peculiarities of structure of intermetallic alloy after zonal recrystallization Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| spellingShingle |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации Пискун, Н.В. Богайчук, И.Л. Аснис, Е.А. Григоренко, Г.М. Статкевич, И.И. Лакомский, В.В. Костин, В.А. Козин, Р.В. Березос, В.А. Общие вопросы металлургии |
| title_short |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| title_full |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| title_fullStr |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| title_full_unstemmed |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| title_sort |
особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации |
| author |
Пискун, Н.В. Богайчук, И.Л. Аснис, Е.А. Григоренко, Г.М. Статкевич, И.И. Лакомский, В.В. Костин, В.А. Козин, Р.В. Березос, В.А. |
| author_facet |
Пискун, Н.В. Богайчук, И.Л. Аснис, Е.А. Григоренко, Г.М. Статкевич, И.И. Лакомский, В.В. Костин, В.А. Козин, Р.В. Березос, В.А. |
| topic |
Общие вопросы металлургии |
| topic_facet |
Общие вопросы металлургии |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Peculiarities of structure of intermetallic alloy after zonal recrystallization |
| description |
Исследовано влияние зонной перекристаллизации интерметаллидного сплава системы Ti—Al—Nb—Zr—Cr на его структуру и некоторые механические характеристики. Установлено, что зонный переплав способствует обеспечению направленной кристаллизации, уменьшению размера зерна интерметаллида, снижению его твердости и более равномерному ее распределению по сечению и объему слитка, в сравнении с интерметаллидом, полученным способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью. Эти структурные изменения приводят к повышению прочности и пластичности интерметаллида.
The effect of zonal recrystallization of intermetallic alloy of Ti—Al—Nb—Zr—Cr system on structure and some mechanical characteristics of the alloy was investigated. It was found that the zonal remelting promotes the formation of directed crystallization, decrease in size of intermetallic grain, reduction in its hardness and more uniform its distribution in section and volume of ingot as compared with intermetallic, produced by the method of electron beam cold hearth melting (EBCHM). These structural changes lead to the increase in strength and ductility of intermetallic.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96286 |
| citation_txt |
Особенности структуры интерметаллидного сплава после зонной перекристаллизации / Н.В. Пискун, И.Л. Богайчук, Е.А. Аснис, Г.М. Григоренко, И.И. Статкевич, В.В. Лакомский, В.А. Костин, Р.В. Козин, В.А. Березос // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 28-31. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT piskunnv osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT bogaičukil osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT asnisea osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT grigorenkogm osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT statkevičii osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT lakomskiivv osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT kostinva osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT kozinrv osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT berezosva osobennostistrukturyintermetallidnogosplavaposlezonnoiperekristallizacii AT piskunnv peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT bogaičukil peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT asnisea peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT grigorenkogm peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT statkevičii peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT lakomskiivv peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT kostinva peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT kozinrv peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization AT berezosva peculiaritiesofstructureofintermetallicalloyafterzonalrecrystallization |
| first_indexed |
2025-11-26T22:43:48Z |
| last_indexed |
2025-11-26T22:43:48Z |
| _version_ |
1850778801778196480 |
| fulltext |
УДК 669.187.2
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ
ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СПЛАВА
ПОСЛЕ ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Н. В. Пискун, И. Л. Богайчук, Е. А. Аснис,
Г. М. Григоренко, И. И. Статкевич, В. В. Лакомский,
В. А. Костин, Р. В. Козин, В. А. Березос
Исследовано влияние зонной перекристаллизации интерметаллидного сплава системы Ti—Al—Nb—Zr—Cr на его струк-
туру и некоторые механические характеристики. Установлено, что зонный переплав способствует обеспечению
направленной кристаллизации, уменьшению размера зерна интерметаллида, снижению его твердости и более рав-
номерному ее распределению по сечению и объему слитка, в сравнении с интерметаллидом, полученным способом
электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью. Эти структурные изменения приводят к повышению проч-
ности и пластичности интерметаллида.
The effect of zonal recrystallization of intermetallic alloy of Ti—Al—Nb—Zr—Cr system on structure and some mechanical
characteristics of the alloy was investigated. It was found that the zonal remelting promotes the formation of directed
crystallization, decrease in size of intermetallic grain, reduction in its hardness and more uniform its distribution in
section and volume of ingot as compared with intermetallic, produced by the method of electron beam cold hearth
melting (EBCHM). These structural changes lead to the increase in strength and ductility of intermetallic.
Ключ е вы е с л о в а : интерметаллид; алюминид тита-
на; зонная перекристаллизация; направленная кристаллиза-
ция; структура; механические характеристики
Интерметаллидные сплавы системы Ti—Al отлича-
ются уникальными конструкционными свойствами
и считаются весьма перспективными для изделий
аэрокосмической техники. Кроме высоких зна-
чений жаропрочности, жаростойкости и коррозион-
ной стойкости, эти сплавы имеют низкую плотность
(3,8…4,0 г/см3), что позволяет удовлетворить одно
из наиболее важных требований к изделиям аэро-
космической техники – значительно уменьшить
массу конструкций.
Основным недостатком указанных сплавов счи-
тают низкую пластичность при комнатной темпера-
туре, что усложняет их технологическую обработку
и промышленное использование. Поэтому создание
сплавов системы Ti—Al и способов их получения с
наилучшим сочетанием высокотемпературных и
низкотемпературных свойств является весьма важ-
ной задачей.
Механические свойства алюминидов титана в
значительной степени определяются их составом и
структурой.
В данной работе исследовали структуру и неко-
торые механические свойства интерметаллидного
сплава системы Ti—Al следующего состава, мас. %:
Ti – 46,5; Al – 35; Nb – 12,5; Zr – 3; Cr – 3,
разработанного в ИЭС им. Е. О. Патона и полу-
ченного способом электронно-лучевой плавки с про-
межуточной емкостью (ЭЛПЕ) [1].
На рис. 1 приведена микроструктура исходного
материала, выплавленного способом ЭЛПЕ, кото-
рая состоит из крупных, слегка вытянутых зерен,
не имеющих четкого очертания границ. Размер зер-
на равен 40…45 мкм. В теле зерна зафиксирована
© Н. В. ПИСКУН, И. Л. БОГАЙЧУК, Е. А. АСНИС, Г. М. ГРИГОРЕНКО, И. И. СТАТКЕВИЧ, В. В. ЛАКОМСКИЙ,
В. А. КОСТИН, Р. В. КОЗИН, В. А. БЕРЕЗОС, 2011
Рис. 1. Микроструктура ( 320) интерметаллида после ЭЛПЕ
28
ламельная структура γ-фазы и мелкая игольчатая
α2-фазы. Твердость интерметаллида измеряли на
приборе «Leco» при нагрузке 25 г. Твердость мат-
рицы зерна изменялась от 2370 до 3110 МПа. Участ-
ки с выделениями игольчатой фазы, которая по ди-
аграмме состояния идентифицируется как γ+α2,
имеют более высокое значение твердости (от 5140
до 6270 МПа).
На последующем этапе работы сплав подвергали
зонной перекристаллизации. Применение зонной
плавки дает возможность обеспечить направленную
кристаллизацию [2]. В случае правильно подобран-
ной технологии плавки фронт кристаллизации
приближается к плоскому. При этом обеспечивается
более равномерное распределение примесей по се-
чению и объему слитка, а также снижается уровень
напряженного состояния и, соответственно, повы-
шается пластичность материала.
Микроструктура образца после зонного пере-
плава (рис. 2) состоит из вытянутых в одном нап-
равлении зерен со средним размером 31,5 мкм, ко-
торые также имеют внутреннюю ламельную струк-
туру, состоящую из (γ+α2) пластинчатых колоний.
В центре образца (рис. 2, а) границы между зер-
нами тонкие и имеют толщину 2 мкм. Чем ближе
зона продвигается к верхней части образца, тем об-
наруживается большее утолщение границ зерен (рис.
2, б), вдоль которых появляются выделения свет-
лых слоев β-фазы с располагающимися на них круп-
ными грубыми игольчатыми выделениями γ-фазы,
Рис. 2. Микроструктура интерметаллида после зонной перекристаллизации: а – начало, 80; б – середина, 80; в – конец
процесса плавки, 80; г – фрагмент зерна с мартенситоподобными иглами, 320; д – трехфазная структура внутри зерна, 500;
е – участок зерна с выделениями β- и γ-фазы, 320
29
прорастающими от границы в глубь образца. К мо-
менту завершения процесса плавки толщина границ
зерен с крупными мартенситоподобными иглами на
светлой матрице (рис. 2, в) составляет 5…12 мкм.
Фрагмент указанной структуры представлен на
рис. 2, г. Внутри зерна в конце плавки появляется
трехфазная структура (рис. 2, д) [3], представля-
ющая собой β-фазу с грубыми иглами, γ-фазу и мел-
кодисперсные частицы α2-фазы.
Кроме того, внутри некоторых зерен встречают-
ся участки светлых выделений β-фазы с грубыми
γ-иглами (рис. 2, е).
Исследовали распределение твердости на образ-
цах интерметаллида после зонной перекристалли-
зации. Результаты исследования показали, что
твердость, которую замеряли с шагом 1 мм вдоль шли-
фа, стабильна и в среднем составляет 4640 МПа, при-
чем и внутри зерна, и на границе она одинакова.
Это почти на 20 % меньше, чем у сплава, выплав-
ленного способом ЭЛПЕ.
Проведено исследование на электронном раст-
ровом микроскопе JSM-840 и выполнен микрорен-
тгеноспектральный анализ образцов в исходном
состоянии после ЭППЕ и последующей зонной пе-
рекристаллизации.
На рис. 3, а представлена микроструктура дан-
ного сплава. В некоторых, наиболее характерных,
точках проведен количественный микрорентгенос-
пектральный анализ (табл. 1). Из результатов ана-
лиза видно, что светлые области обогащены ниоби-
ем, который является β-стабилизатором [4]. Таким
образом, можно предположить, что светлая фаза
является β-фазой. Также определена средняя длина
ламелей – 39,0 мкм (рис. 3, б) и расстояние между
ними – 5,7 мкм (рис. 3, в).
На рис. 4, а представлена микроструктура об-
разцов интерметаллида, подвергнутых зонной пе-
рекристаллизации. Из рисунка видно, что после
Т а б л и ц а 1 . Химический состав сплава алюминида ти-
тана после ЭЛПЕ, определенный методом количественного
микрорентгеноспектрального анализа в различных точках
исследуемого образца
№
спектра
Массовая доля элементов, %
Al Ti Cr Zr Nb
2 18,40 59,71 8,89 1,56 11,45
3 22,18 59,92 4,59 3,21 10,09
4 30,17 52,57 1,74 3,98 11,55
5 29,96 51,88 2,06 5,05 11,05
6 19,89 59,44 8,90 1,13 10,65
7 27,07 56,10 2,72 3,71 10,39
8 29,63 55,86 2,61 2,89 9,02
Рис. 3. Микроструктура интерметаллида cистемы
Ti—Al, полученная с помощью растрового электронного
микроскопа: а – после ЭЛПЕ, 480; б – ЭЛПЕ,
2400 (расстояние между ламелями 5,71 мкм); в –
ЭЛПЕ, 2400 (длина ламелей 39,0 мкм)
30
зонного переплава получается структура, вытяну-
тая в сторону движения зоны, что должно способ-
ствовать повышению пластичности материала [5].
Распределение элементов по полю образца доволь-
но равномерное и соответствует стехиометрическо-
му составу сплава (табл. 2).
При увеличении 2400, как и для образцов ис-
ходного материала, было определено расстояние
между ламелями (рис. 4, б). Поскольку материал
после зонного переплава имеет ламельную структуру,
состоящую из вытянутых вдоль направления движе-
ния зоны длинных непрерывных ламелей, то опреде-
лить их размер не представлялось возможным. Рас-
стояние между ламелями составляло 4,67 мкм, что
на 18 % меньше, чем у основного материала.
В работе [6] показано, что значения пластичнос-
ти наиболее сильно зависят от типа структуры, а
механические характеристики интерметаллидных
сплавов, имеющих ламельную структуру, – в боль-
шей степени от соотношения между длиной ламелей
и расстоянием между ними. При оптимальных со-
четаниях параметров пластинчатой структуры плас-
тичность таких сплавов может быть не хуже, чем у
глобулярной.
Механические испытания на одноосное растя-
жение при комнатной температуре позволили уста-
новить, что прочность интерметаллида после зонной
плавки равняется 580 МПа, а относительное удли-
нение – 2,2 %, в то время как прочность основного
материала достигает 524 МПа, а относительное уд-
линение – 0,8 %.
Таким образом, проведенные исследования по-
казали, что зонная перекристаллизация интерме-
таллида системы Ti—Al—Nb—Zr—Cr, полученного
способом ЭЛПЕ, обеспечивает направленную крис-
таллизацию, уменьшение размера зерна интерме-
таллида, снижение твердости и более равномерное
ее распределение по сечению и объему слитка, что
способствует повышению прочности и пластичности
интерметаллида и подтверждается результатами ме-
ханических испытаний.
1. Жук Г. В., Тригуб Н. П., Замков В. Н. Получение слит-
ков γ-алюминида титана методом ЭЛПЕ // Современ.
электрометаллургия. – 2003. – № 4. – С. 20—22.
2. Пфанн В. Зонная плавка. – М.: Мир, 1970. – 368 с.
3. Имаев В. М., Имаев Р. М., Хисматуллин Т. Г. Механи-
ческие свойства литого интерметаллидного сплава
Ti—43Al—7(Nb,Mo)—0,2B (ат. %) после термической обра-
ботки // Физика металлов и металловедение. – 2008. –
105, № 5. – С. 516—522.
4. Структура и некоторые свойства литых сплавов на осно-
ве TiAl, легированных V, Nb, Ta, Hf, Zr / К. Б. Поваро-
ва, О. А. Банных, И. В. Буров и др. // Металлы. –
1998. – № 3. – С. 31—41.
5. Кузнецов А. В., Имаев В. М., Имаев Р. М. Микрострук-
турный контроль и механические свойства интерметаллид-
ных сплавов на основе γ-TiAl + α2-Ti3Al // Там же. –
2002. – № 6. – С. 102—110.
6. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Спра-
вочник. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – С. 466—468.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 24.03.2011
Рис. 4. Микроструктура интерметаллида Ti—Al после зонной перекристаллизации: а – 480 (растровый электронный микроскоп);
б – 2400 (растровый электронный микроскоп; расстояние между ламелями 4,67 мкм)
Т а б л и ц а 2 . Химический состав сплава алюминида ти-
тана после зонной перекристаллизации, определенный ме-
тодом количественного микрорентгеноспектрального анали-
за в различных точках исследуемого образца
№
спектра
Массовая доля элементов, %
Al Ti Cr Zr Nb
1 29,81 52,81 1,66 3,62 12,10
2 28,36 54,68 2,64 3,01 11,31
3 26,46 54,77 4,22 2,76 11,79
4 28,07 55,60 2,11 2,50 11,71
5 27,88 53,27 2,68 3,09 13,09
6 27,84 55,76 2,56 3,40 10,43
7 23,51 55,97 6,23 4,36 9,94
8 25,70 55,46 4,00 3,59 11,25
31
|