автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Физико-химия и технология комплексного процесса получения диффузионно-сварных пористо-монолитных выработок на основе Ti-N

АКАДЕМШ НАУК УКРАШИ 1нстнтут електрозварюванця ím, 6. О. Патона

На правах рукопису

киРЕев

JleoHid СергШовач

Ф13ИКО-Х1М1Я I ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЦЕСУ ОДЕРЖАННЯ ДИФУ31ЙНО-ЗВАРНИХ ПОРИСТО-МОНОЛ1ТНИХ ВИРОБ1В НА OCHOBI TI-N

технолог!« t машини зварювального виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертац1Т на здобуття вченого ступеня доктора техШчних наук

05.03.06 —

КиТв 1994

Дисертац!я е рукописом.

Роботу викоиано в Ыститут! електрозварювання 1м. 6. О. Пато-на АН УкраТни

Офщ1йн1 опоненти;

Академ!к АН УкраТни,

д-р техн. наук Д. А. ДУДКО

Академ! к АН УкраТни,

д-р техн. наук В. В. СКОРОХОД

Професор,

д-р техн. наук Г. О. КРИВОВ

Головна орган1зац!я: НД1 АСПК(м. Воронеж)

Захист в!дбудеться « » ЛЛ(УРТС1 1994 р. на зас!данн! спец!ал1зованно7 вченоТ ради Д 016.08.01 1нституту електрозварювання 1м. е. О. Патона АН УкраТни (252650, Ки7в-5, МСП, вул. Боженка, 11).

3 дисертац1ею можна ознайомитись у б!бл1отец! 1ЕЗ 1м. в. О.. Патона АН УкраТни (252650, КиТв-5, МСП, вул. Боженка, 11).

Автореферат роз1слано « /6 » ФевРШЯ 1994 р.

Вчений секретар спец1ал!зованоТ вченоТ ради / В. М.^ЕРНАДСЬКИЙ

канд. техн. наук

/

О

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность теми. Сучасною тенденц!ею промислового вироб-ництва е зростаюче застосування в конструкц!ях I виробах ке-рам!чних та композ!ц!йних матер!ал1в, у тому числ! на основ! титану. При цьому одночасно вир!шуеться проблема розширення Тх номенк-латури 1 створення нових технологи виробництва конкретних ви-роб!в. До таких вироб1в можна в!днест! теплозах1сн! та шумопогли-наюч! панел!, порист! ф!льтри, бронестШк! шаруват! конструкцК, р!зноман!тн! пари тертя та ¡ноЛ металокерам!чн! вироби !з спец!альними властивостями.

Одн1м з найважлив!ш!х завдань при створенн! металлоке-рам!чних вироб!в е розробка способ!в нерозн!много з'еднання керамики та металлу, що забезпечують потр!бн( службов! характеристики деталей та вузл!в.

Найб1льш перспективним технолог!чним процессом для з'еднання металлу ! керам!ки у виробах з розвиненою поверхнею контакту е дифуз!йне зварювання. Однак при дифуз!йному зварю-ванш керамики з металом, наприклад керам!ки на основ! н!триду титану з титаном та його сплавами, найчаст!ше використовують пром!жн! м'як! прошарш або попередню метал!зац!ю зварюааних поверхонь. Одержан! таким способом з'еднання мають недостатнго працездатн!сть в умовах ударного нааантаження I в агресивному се-редовищ!.

Не менш актуальною проблемою е одержання металоке-рам!чних деталей ! вузл!в складноТ форми з! зварноТ заготовки, тому що механ!чна обробка керам!ки залишзеться досить трудом!стким I не ззвжди вир!шуваним завдзнням.

Таким чином, процеси з'еднання керам!ки з металом I забез-печення завдзних геометричних розм!р!в металокерам!чнмх деталей ускладнюють Тх сиготовлення й обме>:сують застосування в промис-лопост!.

У зв'язку з цим пошуки технологи, яка перэдбачсе знарювання пористоТ титановоТ заготовки з монол!тним титаном, мохан!чну об-робку пористо-монол!тного матер!алу I наступив перетсороння його пористоТ части ни з корам!ку за рахуиох оброЗки деталей о активному сзредовищ!, зокрема в атмосфер! азоту, е досить агаузльною й перспективною проблемою.

Мета 1 завпаннп ооботи. Мета досл!ждення:

— розробка ф!зико-х!м!чних основ процес!в одержання тита-нових пористо-монол!тних матер!ал!в методом дифузШного зварю-

вання з наступним перетворенням пористого титану в керам!ку I розробка на ц!й основ! технологи одержання металокерам!чних ви-роб!в 1з завданими службовими характеристиками.

Основними завданнями ц!еТ роботи визначено:

— уточнения к!нетики взаемод!Т титану з газами в процес! в1дпалу усередовищ! азоту;

— ¿творения ф1зико-математ!чних моделей: процесу проник-нення азоту в поров! канали та к!нетик<и формування азотованих шар!в у ст!нках цих канал 1в при в)дпал1 пористих т1л у атмосфер! азоту;

— досл!дження впливу технолог!чних параметра формування титанових пористих ! пористо-монол1тних заготовок на Тх структуру ! властивоет!;

— вивчення особливостей зварюваност! пористих титанових матер!ал1в I розробка технолойчного процесу Тх дифуз!йного зварю-вання;

— вивчення к1нетики I розробка ф!зико-математичноТ модел! ущ!льнення пористих титанових заготовок у процес! Тх дифузШного зварювання з монол!тним титаном;

— створення ф!зико-математичноТ модел! автовакуумування проникних канал!в пористих титанових заготовок при дифуз!йному зварюванн!;

— досл!дження впливу х!м1ко-терм!чноТ обробки в середовищ! азоту на структуру I властивост! пористих титанових матер!ал1в;

— розробка технолог!чного процесу одержання металоке-рам!чного матер!алу! конкретных вироб!в з нього.

Иаукова новизна. Вперше на м!крор!вн! досл!джено процес формування з'еднань пористого I монолГгного титану при дифуз!йному зварюванн! та встановлено вплив технолог!чних параметр!в I геомет-ричних характеристик заготовки на розвиток автовакуумування у зон! з'еднання, зм!нення пористост! заготовок, при зварюванн! й ме-хан!чних властивостей пористо-монол!тних з'еднань.

На основ1 досл!джень взаемодП титану з газопод!бним азотом промисловоТ чистоти встановлено, що на механ!зм I к!нетику газона-сичення суттевий вплив мають присутн! в азот1 дом!шки кисню й во-логи. 1з зменшенням Тх концентрацП з 0,8 ! 0,5 % об. до 0,001 I 0,002 % об. в!дпов!дно температура утворення н!тридного шару зни-жуеться в!д 1300 до 1000 К. При б!льш низьких температурах титан взаемод!е переважно з киснем.

Вивчено морфолоПю газонасиченого шару I встановлено фазо-вий склад окремих його д1лянок: 2

аТ1 - [N]ti-» (Ti2N, TUNj-x) -* гТПЧтетр -* TiNKy6.

Показано, що протяжн!сть газонасиченого шару зростае 1з зб!льшенням температури П тривалост! t взаемодП, при цьому тов--щина шару н!триду стех!ометричного складу матиме приблизно 4 мкм I мало зм!нюватиметься 1з зростанням Т!f.

Встановлено особливост! к!нетики взаемодП азоту з пористим титаном I на основ! цього розроблено ф!зико-математичну модель про-цесу та розрахунково-анал!тичний метод вибору технолог!чних пара-метр1в азотування в залежност! в!д розм!р!в I пористост! зразка.

Виявлено ефект I вивчено к!нетику та механ!зм титано-терм1чного контактного та дистанцШного (безконтактного) в!дновлення оксид!в на поверхн! стального 1нструменту. Контактно в!дновлення реал1зуеться в процес! дифуз!Т кисню з оксиду на поверхн! 1нструмента в титан. Безконтактне — в!дбуваеться у замк-нен!й порожнин! внасл!док розвитку автовакуумування, що призво-дить до дисоц!ацП оксидно! фази I абсорбц!Т кисню титаном або (за умови б!льш високих температур) субл!мац!Т титану, його конден-сац!7 на поверхн! стал1 та взаемод1Т з оксидами.

На ocHoet проведених досл!джень створено принципово новий технолог!чний процес одержання металокерам!чних деталей та вузл!в, який складаеться у тому, що одержана попередньо ди-фуз!йно-зварювальна пористо-монол!тна заготовка п!сля необх!дноТ механ!чно! обробки п1ддаеться в!дпалу в активному газовому сере-довищ! (азот!) 1 перетворюеться на металокерам!ку.

На захист виносяться:

— Принцип вибору режим!в дифуз!йнО(о зварювання пористо-монол!тних титанових вироб!в, в основу якого покладено швидх!сть деформац!Т пористого матер!алу, яка дозволяе прогнозувати зм!нення початковоТ пористост!.

— Юнетичн! законом!рност! зм!нення ф1зико-х(м!чного стану поверхн! (топографа, товщини газонасичених ! скрихчених шар!в) при в!дпал! у середовищ! азоту р!зноТ чистоти.

— Ф1зико-математична модель пронйкнення та зм!нення тис-ку газовоТ фази (азоту) в порових каналах при терм!чному азотуванн! пористих титанових Tin.

— Розрахунково-анал!тичний метод вибору захисного середо-вища при дифуз!йному зварюванн! пористо-компактних заготовок.

— Результата досл!дження процес!в, як! в!дбуваються у контакт! титанових заготовок !з сталлю при диффуз!йному зварюванн).

з

— Технолог!чна схема одержання металокерам1чних вироб!в складно? форми I шаруватих пористо-монол!тних металокерам1чних конструкц!й.

Практична шнн1сть. Запропоновано принципово новий техно-лоПчний процес одержання композиц!йного металокерам!чного ма-тер!алу 1 вироб!в 1з завданими властивостям! на основ'1 Т1-Т11М.

Розроблено критера вибору режим!в дифуз!йного зварювання по-ристих титанових заготовок та умов збереження потр1бно'!' пористост!.

Визначено олтимальн! параметри процесу терм1чного азоту-вання пористих титанових виробш за умови кр1зного (об'емного) на-сичення.

Розроблено конкретну техноло^ю, яку реал!зовано на Воро-незькому мехажчному завод!, в НД1 АСПК, м. Воронеж,! КиТвському

(НСТИТУТ! СуХОПуТНИХ в1йськ.

Результати досл!джсння пористого титану з азотом можуть бути використан! й для !нших маталЫних матер!ал!в ! активних газових середовищ.

Апробашя роботи. Основн! положения ! результати роботи до-пов1дались I обговорюзались на республ!канськ!й науково-техн!чн!й конференцП «Матерели й зм!цнююч! технолог!! - 91» (Курськ, 1991), МЬкнародноТ науково-техычно'1 конференцП «Сучасн! проблеми зва-рювальнйТ науки I техжки» (Ростов-на-Дону, 1993), конференцП у Британському Ыститут! зварювання (Абжгтон, 1993) «Нов! технолог!! з'еднання матер!ал!в», на наукових семжарах 1ЕЗ !м. 6. О. Патона.

ПублкаиП. По матер!алах дисертацН е 28 публ!кац!й у науково-техн!чних виданнях, у тому числ! 3 авторських св!доцтва.

Структура 1 обсяг дисертаии. Дисертац1я складаеться з пере-дмови, семи глав ! загальних висновк!в, викладена на 182 стор!нках машинописного тексту, м!стить 16 таблиць, 106 малюнк!в, список л!тератури з 162 найменувань та додаток.

Стан питания та завдання досп!джень. Анал!з л!тературних даних I патент!в дозволяе зробити висновок, що ф1зико-механ!чн! та ф!зико-х!м!чн! властивост! пористих I пористо-монол1тних металокерам1чних ма-тер!ал!в I деталей, що одержуються з них, обумовлен! технолог!ею Тх ви-готовлення I властивостями використовуваних матер!ал!в.

Незначна к!льк!сть публ!кац!й I патент!в у галуз! пористих та пористо-монол!тних металокерам!чних вироб!в на основ1 титану пов'язана, мабуть, з в!дносно високою варт!стю титанового порошку I складн!стю технолог!!. В той же час ун1кальн! ф1зико-х1м!чн1 властивост! титану можуть значно розширити облает! ефективного застосу-вання пористих ! пористо-монолГгних металокерам!чних матер!ал!в

4

створити детал! I конструкцПГ з новими функц!ональними характеристиками. Для цього необх!дно виконати на титан! систематичн! досл!дження процес!в, на яких побудовано технолог!ю одержання пористих I пористо-монол!тних керам1чних матер!ал!в з 1нших ме-тал!в, встановити особливост! цих процес!в та обрати оптимальн! умови Тх реал!зац!Т стосовно титану.

Незалежно в!д типу матер!ал1в проблемними в технолоПчному процес! виготовлення е питания одержання як!сиого з'еднання ме-талу з керамикою ! обробки зварюванням заготовки для надання Тй потр!бних форм ! розм!р1в. Тому виходили з того, що технолог!я виготовлення пористо-монол!тних ! пористих металокерм!чних вироб!в з титану повинна передбачати посл!довн!сть операц!й, як! включа-ють зварювання керам!ки з титаном ! обробку ззарноТ металОке-рам!чноТ заготовки, а саме: пресування заготовки з титанового порошку та Tí сшкання, дифуз!йне зварювання пресованоТ заготовки з монол1тним титаном, мехажчну обробку зварноТ заготовки для надання Тй noTp¡6Hoí форми ¡ х!м!ко-терм!чну обробку для одержання необх!дних властивостей. Така технолог!чна схема передбачас ме-хан!чну обробку титанових порошкових заготовок, що не викликае труднощ1в,! дифуз1йне зварювання однор!дних матер!ал!в — порошкового i монол!тного титану, що значно полегшуе завдання одержання як1Сного над!йного з'еднання. В той же час л1тературн! дан! з цього питания нечислеин! ! мають уривчастий характер. В них в!дсутн1 досл!дження особливсстей формуоаиня тиердоФазного з'еднання м!ж порошковим та момол1т1шм титаном, не встановлено icpmrepiT пибору режим!» зварювання, що np-эховують пплив тормодефор-мзц1йного циклу на пористють, не пиачено й ряд íhijuhx питань, як! меобх!дн! для розробки над!йиоТ технологи.

Внасл!док того, що при х1м1ко-терм1чн1й обробц! пористого мате р!алу, одержаного з метал(чного порошку, мох<лисе його об'емне насичаинл, обробка таких пористих титанових заготовок у азот! мо-же надати вмробу злзстивост!, притаманн! керам!ц1. Однпх тут вини-■<зс проблема регламентузання процесу х!г.'.!ко-терм!чнсТ обробки, пибору параметр!», що забезпечують г^вдйи! властивост!, як! стзб!льно позторгс:отьсл в!д змробу до сиробу. Для цього нсобх1дно вивчити к1нетику взаемодП пористого' титану з азотом, врзхувати вплив на цей процес сих!днсТ щ!лы:ост? й структур» заготовки, х!м1чного складу активного середогшща, даслГдити вплив азог/взння на структуру пористого титанового мзтер!алу, взаемозв'язок ц!еТ структура I плаетивсстей. Под1бних досл1джеиь у л!тератур! немас.

Юнатика взаемодП гитану з газами при в!дпал1 у середовиш! эдоту. В процес! азбтування титану I титанових сплав!в утворюетьсп поверхневий газонасичений шар, що в!др!зняеться за своТми ф!зико-х!м!чними та службовими властивостями в!д вих!дного металу. Зм1нення властивостей металу неоднозначне — одночасно з п!двищенням корозШноТ ст!йкостК твердост! та ст!йкост! проти спра-цювання титан стае крихким: падае пластичн!сть зменшуеться оп1р зародженню 1 поширенню тр1щини I т. 1н« Характеристики газонаси-ченого шару, що формуються при взаемодП з азотом, залежать в!д температури, тривалост! реакцП, а та кож в!д х!м!чного складу титанового сплаву та наявност! дом!шок у азоть Для оц!нки ефективност! застосування газопод!бного азоту та режим!в азотування необх!дн1 дан! про к!нетику взаемодП титану з азотом 1 дом!шками, наявними у промислово виготовлюваних сортах азоту.

Промислов!стю зараз випускаеться азот двох сорт!в: азот другого сорту !з вм!стом кисню 0,8 % об. та водяноТ пари 0,5 % об.; азот особливо! чистоти !з вм!стом кисню не б!лыи як 0,01 % об.! водяноТ пари 0,002 % об.

При нагр!ванж азот та домики, що м!стяться в ньому, адсор-буючись й розчинюючись у титан!, можуть реагувати з ним з утво-ренням х!м!чних сполук:

П + Ог = ТЮг, АС298 = -888,46 «Д^/маль;

П + 0,50г = ТЮ , ДС°298 = -490,85 кдж/моль;

Т1 + 2НгО = ТЮг + 2Н2, ЛС°298 = -436,80 кД^М0Ль;

Т1 + 0,5Ы2 = НИ , ДС298 = -308,69 кд»/моль.

Таким чином, термодинам1чний анал!з можливих реакц!й титану 1з вказаними дом!шками св!дчить про пр!оритетний розвиток процесс окислення. Досл!дження взаемодП титану з азотом проводили як на монол!тному, так ! на пористому титан!. В!дпал попередньо п!дготованих зразк!в зд!йснювали в !нтервал! температур 673...1400 К. Нагр!вання проводили у камер!, заповненШ азотом до атмосферного тиску п1сля попереднього вакуумування до 1 • 10"2Па.

Результати рентгеноструктурного фазового анал!зу поверхн! зразк!в показали, що п!сля в!дпалу в середовищ! азоту другого сорту при Т> 823 К над!йно виявляються л1н!Т нГгриду титану.

В!дпал у азотГособливоТ чистоти призводить до формування на поверхн! титану оксид!в !з гратками рутилу лише при Т ¿ 1023 К, при б!льш високих температурах (Г> 1073 К) виявляеться мо-нон!трид титану. Ц! результати добре узгоджуються з !нтерференц!йним забарвленням зразк!в. 6

Досл!дження топограф!! поверхн! зразк!в растровою електрон-ною м!кроскоп!ею виявило, що в!дпал при температурах до 873 К в обох сортах азоту призводить до появи на поверхн! пл!вки, яка осла-, даеться з дрЮнодисперсних кристал!в глобулярно! форми. При з!ставленн! Т? вигляду 1з зразками-еталонами I з урахуванням даних фазового анал!зу вона була класиф!кована як оксидна. Подальше п!двищення температури в!дпалу в азот! другого сорту супрозоджу-валось зб!льшенням розм!р!в кристал!в.

В!дпал у азот! особливо! чистоти в !нтервал! температур 973...1073 К супроводжуеться с початку порушенням суц!льност! пл!вки, а з часом — очищениям поверхн! в!д оксид!в. Подальше Ыдвищення температури призводить до появи на поверхн! пл!вки, на вигляд б!льш щ!льноТ, ан!ж оксидна, без помГгних ознак структу-ри. 3!ставленнл ТТ вигляду з еталонними зразками, а також результа-ти фазового анал!зу дозволили сизначити ТТ як нитрид титану.

За доломогою методу ел!псометр!Т було вивчено к!нетику зро-стання оксидних пл!вок у р!знлх сортах азоту. Досл!дн! дан щодо юнетики зм!нення тоащини оксидних пл!вок при в!дпал! у середо-вищ! азоту особиво! чистоти св!дчать про затухаючий характер про-цесу(мал. 1).

При температур! 923 К й вище !з зб!льшенням тривалост! в!дпзлу спостер!гаються стаб1л!ззц!я 1 зменшення товщини оксидних пл!во;с. При цьсму час, нз протлз! • л ¡сого спосторЬ-яетьсг. гростання товщини оксид!в. скорочузться -3 п!двищенням температури. Цо, пепно, поз'язане !з зб!дненням кисжо у газовому середовищ! ! зростанням швид-кост! розчинення оксидно! пл!ш<и при зб!льшснн! температури в!дпзлу. Проведена оц!н:<а сфективноТ знсргПГ а:сти-вацТ зростання оксид! в у температурному !нтервал! до 875 К да па, неззлаг<-ио п)д сорту гиксриставзного ЗЗОТу, значения 97,5 кДж/моль, що близьке

до епергПГ з::тиезцПГ дифузГй анГокни* Мал. ь ктетстш крив! зро-оахзнсШ (107 кДж/моль). Цз доссоляз спшня оксвдшк шОвок. при ооаяпти, що процес зб!льшеш?я ох- р^до! в азот* особлнзо! «ксто-сидних пл!по;; на поверх!!! титану КОН- та (температура згдгилу, К: 1 -ТрОЛЮЗТЬСЯ ДИфуз!е:Э ам!0ННИХ па- 673; 2-773; 3-873; 4-923; канет. 5-973; б-1023; 7-1073)

аз аз 1,2 13

У процес! взаемод!! титану з киснем I азотом в!дбуваеться ут-ворення не лише х!м!чних сполук (оксид!в, н1трид1в), а й газонасиче-них шар1в за рахунок разчинення газ!в у метал!чн1й основ!, що при-зводить до скрихчення поверхневих шар!в титану. Мабуть, скрихче-ний шар, який е !нтегральною характеристикою н!тридноТ зони 1 газонасиченого шару, визначае механ!чн! характеристики матер!алу в ц!лому.

Про к!нетику розвитку процесу га^онасичення можна судити по зм!ненню товщини <5 скрихчених поверхневих шар!в. В основу методикиТТ визначення покладено явище розтр!скування при дефор-мацП крихкого шару, який знаходиться на пластична п!дкладц!. Цей метод передбачае, що середня в!дстань м1ж тр!щинами, перпенди-кулярними напрямку найб!льшо7 деформацИ, пропорц1ональна гли-бин! скрихченого шару.

Для оц!нки скрихчених шар!в, як! утворюються при в!дпал! титану у азот!, було використано залежн!сть величин« скрихченого шару в!д середньоТ в!дстан! м!ж тр1щинами /сер у такому вигляд!:

<5с1ф — 0,24 /Сср; (1)

вона була одержана експериментально для титану, що взаемод!е з киснем. Експериментальна перев!рка шдтвердила застосован!сть ! достатню точн!сть залежност! (1) для титанових зразк!в, в!дпалених у середовищ! азоту.

Обробка експериментальних даних показала, що процес фор-мування скрихчених шар!в у досл!джуваному температурно-часово-му !нтервал1 п!дпорядковуеться парабол!чному закону.

Ефективна енерг!я активацП процесу формування скрихчених шар!в у низькотемпературн!й облает! (Г<873 >0 незалежно в1д сорту азоту складае 116 кДж/моль, а у високотемпературн!й — 286 кДж/моль при в!дпал! (Г> 873 У середовищ! азоту другого сорту ! 207 кДж/моль при в!дпал! (Т> 1000 К) в азот1 особливо! чистоти.

3!ставлення даних фрактографЫних досл!джень, результат!в фазового анал!зу I знайдених значень ефективноТ енергП активацИ процес!в росту оксидних пл!вок з л!тературними даними дае п!дставу вважати, що як у середовищ! азоту другого сорту, так I в азот! особливоТ чистоти при температурах до 873 К . титан, взаемод!ючи з киснем ! водяною парою, що м!стяться в азот), окис-люеться I зростання скрихчених шар!в контролюеться дифуз!ею анЮнних вакансШ в оксидн!й фаз!. Подальше Шдвищення темпера-тури при в1дпал! у середовищ! азоту другого сорту також призводить до окисления титану, але зростання скрихчених шар!в контро-

люеться дифуз1ею кисню в метал. При в!дпал! у середовищ1 азоту особливоТ чистоти при температурах понад 1000 К розвиваеться процесс азотування, i зростання скрихчених шар!в контролюеться . дифуз!ею азота у метал.

Проведен! досл!дження показали, що для азотування титану доцЬпьно застосовувати азот особливоТ чистоти, при використанн! я кого температура х!м!ко-терм1чноТ обробки повинна перевищувати 1000 К.

У процес! досл!дження взаемодГТ титану з азотом були також визначен! значения констант азотування в !нтервал! температур 1073... 1323 К.

Враховуючи досить незначну товщину н1триду титану, що утво-рюеться при азотуванн!, а також скрихченого шару в ц!лому, було проведено вивчення фазового складу i протяжност! цих шар!в за до-помогою електронном!кроскоп!чних досл!джень на просвТт.

Вивчення зовн!шнього азотованого шару, одержаного при х!мко-терм!чн!й обробц! в азот! особливоТ чистоти, показало, що н!трид титану характеризуется грубокристал!чною будовою I упо-рядкованою дислокац!йною структурою у вигляд! субграниць нахилу й крут!ння. Фазовий склад кристал!т1в в!дпоз!дае переважно куб!чн!й ! тетрагональн!й мод1ф!кац1ям н!триду титану (T!Nicy6 та sTiNreTp).

Шляхом сполучення м!кростуктурних досл!джень та м!кродифракц1йного анал!зу встанозлено деяк! особлисост! фазових перетворень, що в!дбувагаться у перех1дн!й зон! Ti-азотований шар. Перех!дна зона в!даТ! у б!к перших м!крошар!в Т1 мае дисперговану структуру ! насичен! атомами азота грзти, про що св!дчить к!льцеве розмиття м1кродифракц!йних в!дображень, а також облает! з аморф!зо6аною структурою. Дал! спостер!гаютьсг, д!лянкм «Т! з уже" сформованими новими утвореннями н!триду, переважно стех!ометричного складу TfcN та ТММз-х тетрзгональиаТ модиф!кацП. 3 переходом до поверхневих шар!з поряд з н!тридними утвореннями вказаного типу спостер!гаеться фор?/,ування cT!N з тетрагональ-ними гратами. Ще ближче до поверхн! н!тридн! шари мають перо-важно TIN модйф!кац)ю. Окр!м фазового складу азотованого шару було остановлено його протяжн!сть. Так, якщо товщина н!тридного шару TIN складае лише 2.. А мкм, то протяжн!сть усього скрихченого шару складае прпблизно 20...30 мкм (роjxhm азотування: Т- 1173 К; f = 1 год).

Були також проведен! термограоЫетричн! досл!дження проце-су азотування титану при р!зних значениях тиску газового серздови-

9

ща. Експерименти проводилися у д1апазон! значень тиску 10...1 • Ю5Па.

Було встановлено, що при використанн! азоту особливоТ чисто-ти к!нетика азотування практично не залежить в!д тиску газу. При температур! в!дпалу 1123 та 1273 К в!дзначалося деяке зб!льшення доважка зразк!в (до 20...30 %) при зниженн! тиску азоту приблизно до 10 Па, але воно не мало ч!тко вираженоТ стаб!льноТ тенденц!!. Подальше зниження тиску призводило до зкачного зниження доважка зразк!в.

Було визначено енерг!ю активацГТ процесу Е для титанових зразк!в,! вона складала 274,2 кДж/моль.

Використавши знайден! значения з експериментальних даних значения константи Кр 1 енергП активацйГ було встановлено передек-споненц!альний множник Кр о ! одержано залежн!сть, яка описуе процес азотування титану у середовищ! азоту особливоТ чистоти:

. (д^ = 912,88ехр(-^|^)<, (2)

де An/s — питомий доважок маси зразк!в.

При в!дпал! у середовищ! азоту другого сорту визначено упов1льнення швидкосл процесу при зниженн! тиску середовища в!дпалу з 1 • 105 до 10 Па. Разом з тим значения питомого доважка зразк!в залишалися набагато вищими, н!ж при в!дпал! в азот! особливоТ чистоти.

31ставлення одержаних значень Кр з л!тературними даними, а також результати рентгеноструктурного фазового анал!зу ! дан! фрактограф!Т п!дтверджують висновок про те, що в досл!джених режимах в!дпалу у середовищ! азоту другого сорту розвиваються про-цеси окисления титану, обумовлен! певною к!льк!стю дом!шок кисню !водяноТ пари.

В результат! обробки наявних даних було зроблено оц!нку енерг!Т активацТ процесу взаемод!Т титану з азотом другого сорту. Одержане значения Е становило 265,3 кДж/моль при тиску *1 - 105 Па.

На основ! наявних значень Кр та Е одержали вираз, що описуе процес взаемодГС титану з газом при в!дпал1 у середовищ! азоту другого сорту:

<Д^~2,835.10Ц-^),. {3)

Пор!вняльн1 досл!дження з Юнетики поглинання молекулярного азоту пористим I компактним титаном показали, що поглинання ю

ЛГг.СМ* 800

Р 10 20 30 г,ч

Мал. 2. Клнепгпп залежносп поглинання азоту спресовании з порошка титаном при температур!, К: 1123 (х); 1223 (О)

азоту компактним титаном практично припиняеться через 6 год. Поглинання азоту пористим титаном при пористост! не вищ!й за 0,1 тривало й через 35 год (мал. 2). При менш!й пористост! к!нетика насичення азотом р13ко зм!нюеться.

В результат! прове-дених досл!джень

взаемодП титану з газами при в!дпал! в азот! були одержан! р!вняння, як!

в!дбивають к1нетику зростання скрихчених шар!в! поглинання азоту титаном.

Ф)'зико-математична модель азотування пористих титдмоуиц заготовок. Юнетика ! механ!зм взаемод!Т титану з азотом у процес! терм1чного азотування в загальному випадку залежать в!д тиску (концентрацП) азоту, який перебувае у контакт! з металевою поверх-нею. Тому розробка технологи процесу газового азотування пористих метал1чних заготовок I прогнозування Тх пластивостей пов'язан! !з встановленням законом!рностей проникнення азоту I визначен-ням його тиску у об'ем! пористих т!л.

Експериментально вир!шити це завдання досить важко через малий розм!р пор, Тх складну геометр!ю, структурну неоднор!дн!сть пористих т!л та в!дсутн?сть необх!дного 1иструменту. Тому вир!шенням завдання може бути моделюзамня процесс, що прот!кають у порових каналах заготовок, пом!щених у атмосферу частого газопод!бного азоту.

Модель пористого т!ла може бути подана у вигляд! пе-рем!нних проникних цил!ндричних кап!ляр!в рад!усом г I довжи-ною 1 з поглинаючими ст!нками. Зпиви6т!сть канал!в у реально (снуючих пористих т!лах можна врахузати коефЩ(снтом звиви-стост!Хзв= 1,3...1,5.

Для спрощення систем» р!вняиь, що складають матемзтичну модель процесу, I конкретизацП завдання було прийнято так! допущения, обумовлен! ф!зичними уявленнями.

1. Потоком азоту в титан!, паралельному пороаому каналу, не-хтуемо так, що розпод!л концентрацП азоту п перер!з1, перпендикулярному каналов!, визначаеться лише концентрацию азоту у даному

11

перер!з1 каналу й дифузГГ азоту у напрямку, перпендикулярному ст!нкам каналу:

г.£«Р. (4)

дх

Виконання ц1еТ нер!вност! забезпечуеться тим, що швидк!сть течП азоту в поровому канал! значно вища за швидк!сть дифуз!йного руху азоту в титан!.

2. Маеться на уваз!, що процес адсбрбцГС азоту на поверхн! по-рового каналу в!дбуваеться набагато швидше за процес дифузП' азоту в титан!, так що в кожен момент часу концентрац!я розчиненого азоту б!ля поверхн! каналу може бути прийнятою за р!вну кваз!р!внов!сному значению у в!дпов1дност! з р!внянням Ленгмюра. Це наближення може порушуватися в умовах десорбцП азоту в титан!, як! не виникають у вказаному процес! дифуз!йного насичення.

3. Маеться на уваз!, що пот!к азоту в поровому канал! по-даеться у вигляд! суми молекулярного та в'язкого поток!в, що за-дов1льно узгоджуёться з експериментом.

4. Тепловим та термодифуз!йним потоками нехтуемо.

5. Маеться на уваз!, що коеф!ц!ент дифуз!Т азоту в титан! не за-лежить в!д концентрацП азоту ! насичення стосовно азоту не дося-гаеться.

На п!дстав! цих умов було одержано систему р!внянь, що опи-сують к!нетику газового насичення пористого т!ла:

+ +'т = 0; (5)

дп_ _

а? ~ 4(

/> д

« рдр

/т = р др

по' дх^

(6) (7)

с(г, 0 = ; ф, 0) = 0 ; (8)

п(х, 0) = по; п(0,г) = по; п{1, о = «о. (9)

В дан!й систем! р!вняння (5) являе собою р!вняння безперерв-ност! поток!в (6) — р!вняння дифузП азоту у тверд!й фаз! (титан) з граничною умовою до нього, що пов'язуе ступ!нь заповнення в ад-сорбц1йного шару з приповёрхневою концентрац!ею с (г, *) газу у ст!нках порового каналу; р!вняння (7) — поток азоту у ст!нки порово-го каналу. Тут р — координата, що в1драховуеться перпендикулярно в1с1 порового каналу, по *= Р/КТ — концентрац1я азоту у навколишнь-ому середовищ!, пк = 1 /Ь — константа р!вняння Ленгмюра, N — к!нетичний параметр, що враховуе роль адсорбц!йного шару як дже-12

рела азоту в титан!, с — його атомна концентрац!я у тверд!й фаз1, п — концентарц1я азоту в одиниц! обсягу порового каналу, Ом I Ов — коеф!ц!енти дифузп в молекулярних та в'язк!сних умовах проткання газу у поровому канал! в!дпов!дно.

Розв'язання системи р!внянь дозволило одержати розрахун-ков! залежност! розпод(лу азоту по довжин1 порового каналу. Вста-новлено, що п!двищення температури призводить до того, що в центральной частин1 порового каналу за деякий час ¿к утворюеться ваку-умована зона.

Анал!з одержаних залежностей дозволив встановити та к! особливост! утворення вакуумованоТ зони:

вакуумована зона вЩокремлена в!д 1ншоТ частини порового каналу р!зким фронтом, у межах якого концентрац!я зм!нюеться одра-зу на дек1лька порядк!в, так що розм|р вакуумованоТ зони можна ха-рактеризувати координатою |ф(0;

характер фронту ! розпод1л концентрац!й при г > и не заложить вщ довжнни порового каналу, поки !снуе вакуумована зона;

розрод!л концентрацП перед вакуумованою зоною мае звтомо-дельний характер ! дуже пов!льно зм|нюеться з часом, тобто можз розглядатися як кваз!стац!онарний.

Використання вказаних особливостей дозволило одержати на-ближене анал!тичне р!шення у вигляд!

г4Ш5; /<Шо 2 , , (Ю)

т—; «а 1б:г,

Узг

да 1 ф — довжина невакуумооаноТ зони з!дкритого з обох к!нц!в порового каналу; со.— коеф!ц!ент просочуаання Даре!, пкиП хсрактери-зуе тополог!:з поровоТ системи т!ла; §- 2?в/0м.' у ™ N4по, тут //' — матер!альний параметр, поп'язаний з константою лзотуоаннл А'р; Ю — характеристичней час дифузГС газу в тверд!й фаг!, при пореои-щанн1 якого необх!д!!0 сраховувати дзом!рниЯ характер дкфузТТ з порового каналу.

При {< 1бй залежи!сть (10) приймае вигляд

' Ш - гуГЩ^—щ ■ ^, ' <">

де Ма — молекулярно маса азоту; Мл — число Апоглпро.

На п!дстав! виразу (11) було поОудовано ноглеграму галежност! 1ф в!д температури I рад!уса пор (мал. 3), що доззолпе оизизчити температуру, в ищу за яку в канал! утворюзатипотьсп пзкуумооамз зона,

/ф(0 - . £м

У в

I, навпаки, завдаючи температуру I рад!ус пори, можна визиачити довжину невакуумованоТ зони каналу.

3 емп!р!чноТ залежност! товщини скрихченого шару в!д часу для в!льноТ поверхн! одержано вираз зм1нення <5скр по довжин! поро-вого каналу:

д еК — константа зростання скрихченогодиару.

Вигляд ц!еТ залежност! для р1зних момент!в часу представлено на мал. 4.

Для визначення коректност! розробленоТ модел! проведено 17 експериментальну перев!рку за методикою, викладеною у дисер-тац!Т. 3!ставлення експериментальних } розрахункових значень, одержаних за побудованими номограмами, показало Тх задов!льну кореляц1ю (близько 20 %).

Таким чином, на п!дстав1 розробленоТ модел! взаемодГГ пористого титанового т!ла з азотом при х'1м!ко-терм!чн!й обробц! одержано номограми, як! дозволяють обирати режими терм1чного азотуван-ня для умов об'емного насичення.

Днал!з впливу технолог!чних пэрэметр1в проиес!в дифуз1йнпго зварювання 1 х!м!ко-терм1чноТ обробки на структуру й службов! вля-стивост! пористо-монол!тних заготовок. Гранулометричний склад титанового порошку, форма частинок та вм1ст у порошц! дом!шок знач-но впливають на властивост! одержуваних пористих заготовок. Серед серЮно вироблюваних порошк!в титану найб!льш чистими щодо

дом!шок е електрол!тичн! г-зднин; порошки. Вони добре пре-

. \ М-МГК 1 суються холодним пресу-ванням, тому що мають низьку тверд!сть. За вих!дний матер!ал було об-рано електролГгичн! порошки титану марок ПТЕК-1 1 ПТЕМ-1. ФракцПГ порошку знаходилась у межах, мм: 1,00...0,63 (ПТЕК) та 0,18 (ПТЕМ). Х!м1чний склад лорошк!в такий :

ПТЕК: Т! = 99,86 %; С - 0,005 %; Б! - 0,003 %;

ЩЬ.

Мал. 3. Номограма глибини проникнення азоту в поровий канал В1д температуря 1 рад1уса порового каналу при I = 30 хв

0= 0,05 %; М= 0,01 %; С! = = 0,06 %; Ре = 0,01 %.

ПТЕМ: Т1 = 99,73 %; С = = 0,003 %; 51= 0,04 %; N = 0,03 С» = 0,06 %• Ре =0,08 %.

ЕксплуатацШн! властивост! I механ)'чн1 характеристики одер-жуваних пористо-монол1тних ме-тал!чних вироб!в дуже залежать

в!д способу 1 параметр1в техно- 1-^-'—20 *

лог!» Тх виготовлення. Так, пара-

метри процесу одержання пори- Мал. 4. Розподл товщтш скрнхченого стих порошкових заготовок ви$- шаРУ в поровому ¡сапа/и для р1зних мо-начають Тх порист!сть, структуру, меет1в часУ 1 ~ °>25'< 2 ~ °.5; мехажчн! характеристики. Про- 3~ '<'4—2;5— 4; 6 — 8; 7 — 16 цес одержання зварного

з'еднання пористого I монол1тного матер1ал!в впливае на Тх структуру I м1цн1сть виробу. Нареиш, х1м1ко-терм1чна обробка може в значнш м!р! зм!нити службов! властивост! як пористого матер!алу, так ! пористо-монол!тних заготовок в ц!лому. Таким чином, нз-обх!дний анал!з впливу технолог!чних параметра на структурн! та службов! характеристики пористо-монолГших заготовок.

У використовуваному д1зпазон! значень тиску 100...500 МПа одержан! порист! заготовки являли собою цил1ндричн! брихети, що зберегли форму п!сля витягнення Тх з матриц!, Тх порист1сть, як I сл!д оч!кузати, !з збшьшенням тиску зменшувалась. Сп!кання при обра-них режимах (Г= 1273 К та г = 1...8 год) практично не призводило до ущ!льнення пресовок. Металограф!чн! досл!дження показали, що в структур! заготовок, одержаних пресуванням титанового порошка э наступним сп!канням в аргон!, чергуються гранули з грубозернистою пластинчастою структурою I пори. Розм!ри по^ залежать в!д дисперсност! порошка та тиску пресування.

Проведена за результатами механ!чн"их випробовувань оц!нка впливу структури на оп!р руйнуванню матер!алу показала, що до зростання о& призвело зменшення пористост! а середнього розм!ру пор. Кр!м того, механ!чн1 характеристики пористого матер!алу з ти» танового порошку п!сля пресування ! сп!кання !стотно залежать та* кож в!д ступеня завершеност! процессу об'емноТ ззаемодП м!ж гранулам!, тобто утзорення дифуз1йного з'еднання.

М!цн!сн! характеристики пористих титанових заготовок п!сля сп!кання оц!нювали за результатами випробуван* на розтягання |

13

Таблица 1. Вплив дисперсность пористост! 1 тривалост1 сп1кання на м!цн1сть овиг) матер!алу*___

Матер1ал Порист!сть Тривал1<пь сп1кання, год аъ, МПа овиг, МПа

ПТЕК-1 (0,63-1 мм) 0,23-0,26 4 5 120-140 162-183 —

0,17-0,19 2 140-160 -

4 177-190 -

0,13-0,15 7 8 0 210-225 265-280

4 8 246263 288-316 —

0,08-0,10 2 270-285 -

ПТЕК-1 (0.18 мм) 0,25-0,28 4 165-180 -

8 197-210 260-270

0,18-0,21 А 265-280 -

8 300-315 315-325

♦Температура спкання 1273 К.

вигин. Одержан! в залежност1 в!д параметр!в структури й тривалост! сШкання м!цн!сн1 характеристики матер!алу наведен! у табл. 1.

Необх!дно зазначити, що при пористост! 0,18...0,21 I тривалост! сп!кання А год у рельеф! руйнування спостер!гаються д1лянки, характерн! для руйнування основного матергёлу титанових а-сплав!в.

При обранн1 режим!в дифузШного зварювання пористих та мо-нол1тних заготовок необх!дно враховувати, що головною вимогою е забезпечення високоТ м!цност! з'еднання заготовок !з збереженням (чи забезпеченням) завданоТ пористост!.

Дифуз!йне зварювання мае велик! потенц!йн! можливост! для з'еднання пористих ! монол1тних заготовок з титану. Однак утворен-ня дифуз!йного з'еднання реал!зуеться в умовах високотемператур-ноТ повзучост!, яка може призводити до ущ!льнення металу ! зни-ження його пористост!. Тому обрання параметра режиму ди-фуз5йного зварювання (температури, тиску, тривалост!) пов'язане в першу чергу !з встановленням Тх впливу на ущ!льнення пористих заготовок.

В!дсутн!сть л!тературних даних про повзуч!сть матер!алу з титанового порошку' обумовило необх!дн!сть вивчення деформацП да-ного матер!алу в залежност! в!д температури I тиску.

Випробування на повзуч!сть матер!алу з титанового порошку марки ПТЕК-1 ззалишковою порист!стю 0,04.. .0,08 зд!йсиювали ме-16

тодом стиснення в 1нтервал1 температур 1123...1273 К I тиску Р = = 2.. .13 МПа. Така незначна залишкова порист!сть дозволяла вважа-ти, що властивост! матер1алу зразка практично (дентичи! властиво-стям монол1тного матер!алу з аналог!чними структурою 1 Х1м1чним складом.

Швидк1сть повзучост! к г експоненщальною функщею температу-ри, що включае енерПю активацП процесу. Як правило, при визначенн! енергм активацП використовують р!вняння Арен1уса у вигляд!

Е\ (13)

£ = А 1

ехрГяг

де £ - ефективна енерпя активацП; Л — газова стала; Т — температура; Л1 — константа, що залежить в!д температури материалу I напруги.

Дослщження температурноТ залежност! стало! повзучост! да-ного матер!алу (мал. 5) дозволило визначити, що ефективна енергЫ активацП процесу в «-облает! становить 360,7 кДж/моль; в ^-облает! до температури ~ 1223 К дор!внюе 276,2 кДж/моль,' а при Т> > 1223 К енерг!я активацП становить 148,5 кДж/мсль. Одержан! значения енерг!Т активацП' обумовлеж наявн!стю ! збереженням до Г» ~ 1223 К перепон для пересування дислокащй у вигляд! границь субзерен.

Структурна перекристал!зац!я, яка призводитьдо формуванняуЗ-зерен, в!льних вщ пластин, вщбуваеться ттьки п1сля розчинення бар'ерних частинок фаз у високотемпературшй область Як насл!док цього, ефективна енерпя активацП процесу повзучост! дор!внюе 148,5 кДж/моль, що близьке до енергП активацП' самодифузП у/З-област!.

3 позищй вибору режим!в

зварювання досл!джуваного ма-тер1алу основний ¡нтерес пред-ставляе його повзуч1Сть в !нте рвал! температур

1173...1223 К. Це пов'язане з тим, що грубозерниста структура титану, яка сформувалася в про-цес1 сп!кання при 1273 К, не дозволяв зварювати спечений матерел при в!дносно низьких (< 1173 К) температурах.

На Шдстав! експеримен- Мал- 5- Темперагурна залежшеть по-тальних даних щодо зм1нення взучост! матер!^ з 1ТГЕК-1 при зна-

ченнях тиску. МПа: 1 — 2,65: 2 — 5,0: швидкост! сталоТ повзучост! в за- 10 2-4-127 ^

1л £

9

10 11 12

13 И

15 15 Т?

1а

—« V, 3

-в 1"—в """•■ее V,

I V <

8 Д5 ЪрМП.** ■

лежност! в!д напруги при пост!йних температурах 1173:..1223 К було встановлено, що швидкЮть повзучост! пропорц!йна напруз! у сту-пен! п = 3,3, тобто у загальн!й форм!

де А = Аоехр(- Е/Я7). Передекспоненц!альний множникАо було виз-начено з експериментальних даних 1з використанням значения енергн активацП процесу 1 становив Ао= 7,41 • 103.

Для прогнозування зм!нення пористост! в залежност! в!д ре-жим!в дифузШного зваргавання було розроблено математичну модель ущ!льнення пористого т!ла.

Анал!з 1снуючих моделей ущ1льнення пористих заготовок в умовах повзучост! дае п!дставу вважати, що найбшьш оптимальною е модель Рамакр!шни.

3 використанням ц!еТ модел! було одержано вираз, що показуе залежн!сть к1нцевоТ пористост! в!д параметр!в дифуз!йного зварю-вання:

де Ло — початкова порист1сть заготовки; к = А • Р" — швидк!сть повзучост!, що встановилася, яка е функц!ею температуря, тиску зва-рювання й структурних особливостей матер1алу (значения АI п одержано експериментально п1сля випробування на повзуч!сть); I — три-вал!сть зварювання; С — емп1ричний коеф!ц!ент.

Для визначення коеф!ц1ента С, я кий входить у цей вираз, було проведено сер1ю експеримент!в з оц1нки зм!нення пористост! внасл!док випробувань на повзучШть.

Зразш з ПТЕК-1 початковою порист^тю 0,20 та 0,15 деформу-валы б умовах осьового стиснення в !нтервзл! температур 1173...1223 Кз кроком 25 К при тиску 2,65...10,2 МПа. Зм!нення пористост! ф!ксували через 10, 30, 60 хв. ¡з з!ставлення експериментальних значень к!нцевоТ! розрахунковоТ пористост! було визначено усереднений коеф!ц!ент С, який дор!внював 2,4 • 10 . Виходячи з одержано! залежност! (15) та знайдених значень констант, було по-будовано номограми доущ!льнення пористих титанових заготовок з порошку ПТЕК-1, що дозволяють прогнозувати зм1нення пористост! при р!зних значениях швидкост! деформацИ I часу.

Експериментальна перев!рка показала добру узгоджен!сть розрахункових та експериментальних значень к!нцевоТ пористост! (у

межах 5 %). В!дзначено деяку розб!жн!сть експериментальних та

!

е= А • Ра,

(15)

розрахункових значень в початковий момент часу на стад!! повзу-чост!, яка ще не встановилася (у межах 20 %) що, певно, пов'язане з б!льшою деформац1ею материалу на ц!й стадП, н!ж було прийнято в модел1. В ц!лому резульг :и експерименту п!дтверджують пра-вильн!сть запропонованоТ модел! та можлив!сть використання одер-жаних номограм для обрання режим!в зварювання, а саме: темпера-тури, тиску зварювання, тривалост! циклу.

На п!дстав! проведених досл!джень щодо ущ(льнення пори-стих заготовок у процес! дифуз!йного зварювання за ор!ентовн! було обрано так! режими: тиск зварювання 1...5МПа, температура зварювання 1073...1223 К, тривал1сть процесу 10...60 хв. Деформац!ю зразк1в обмежували так, щоб вона не перевищувала 5 %. Цього досягали обмеженням пересування штоку, який передав тиск на зва-рюван1 заготовки.

Важливим фактором, що визначае як1сть одержуваних ди-фузжним зварюванням з'еднань, е ступ!нь розрцркання у вакуумн!й камер!. Особливо це актуально у даному випадку, ксли при зварю-ванж пористого ! монолитного матер1алу залишков1 гази з камери здатж по поросзих каналах проникати у зону зварного з'еднання. У зв'язку з цим розроблено розрахунково-аналггичний метод вибору захисного середовища, побудований на визначенн! ступеня розрщження у зварюзальн!й камер!, при якому внаслщок автовакуу-мування порових канал1в на контактнихповерхнях не утворюються поверхнев! та газонасичен1 шари, що виконують роль стоп-по-критлв.

Виходячи з максимально припустимоТ глибини проникнення газу в пори £(/)1 р'ад!уса порового каналу г .одержали такий вираз:

У ~ТС- Об)

Тут Ро — шуканий тиск кисню у зварювальн!й камер!.

Коли прийняти парц!альний тиск кисню таким, що процес по-глинання кисню !де за парабол!чним законом, то

_ З.т2 КпУ

Рс = 64(17).

де е — коеф!ц!ент акомодац!Т; со — коеф!ц!ент просочування; Кп — константа поглинання кисню при дан!й температур!; V — середнй швидк!сть руху молекул.

Використовуючи одержан! вирази (16) та (17) I ряд параметра (|, г, Т, 1), а також вважаючи на п!дстав! оц!нювальних розрахунк!в

констант поглинання кисню, що ^ = 3,4 • Ю^кг/м^с (Г= 1073 К); Кп = 1,7 • 10"6 кг/м2^с (Г = 1123 К); - 4,3 • 10"6 кг/м2^ (Т = = 1223 К); Кп~ 6,2 • 10"6 кг/м2\/с (Т= 1273 К), було побудовано моно-грами вибору парциального тиску кисню у зварювальн!й камер!. Оцжка проводилась з урахуванням того, що у вакуум!, одержаному за допомогою парамасляного насосу, залишковий вм!ст кисню ста-новить 3,8 % об.

Проведен! досл!дження показали, що використовуваний ступ!нь розр!дження 133 - 10"4...133 • 10"5Па виключае утворення газонасичених шар!в у зон! зварювання.

За результатами випробувань дифуз!йно-зварних пористо-мо-нолГгних зразкт було одержано залежност! ств в!д режим1в зварювання. Анал1.зуючи одержан! результате, можна зробити висновок, що при зварюванш зрззкш ПТЕК-1+ВТ1-0 м!цн!сть зварного з'еднання зростае !з збтьшенням тривалост! зварювання в!д 10 до 30 хв. Подальше збтьшення тривалост! зварювання не призводить до п!двищення <тв ! навпгь епричиняе деяке його зниження, Макси-мальн! значения ов - 260.. .280 МПа, сум1рн! з мщн1стю матер!алу пористого зразка, було одержано при значены тиску 5 МПа ! температур! 1173 К. Руйнування зварного зразка вщбувалося по пористому материалу. Проведен! металограф!чн! дослщження дозволили вста-новити, що зварне з'еднання, одержана при таких режимах зварювання, характеризуемся м!грац!ею границь розпод!лу з утворенням загальних зерен.

Зварн! з'еднання зразк!в з ПТЕК-1 з! сплавами титану (ВТ6, ВТ20, ОТ4, ВТ23) при цих режимах зварювання руйнуються по зон! з'еднання. Металограф!я зони з'еднання виявляе наяви!сть ч!ткоТ границ! розпод!лу та м!хсзеренних границь на л!н!Г з'еднання, що св!дчить про незавершен!сть стад!! об'емноТ взавмодп. П!двищення температури зварювання до 1223 К! тривалост! до 60 хв дозволяе одержати нав!ть при зниженн! тиску зварювання до 2 МПа зварне з'еднання, р!вном!цне основному мета-лу (руйнування в!дбуваеться по пористому матер!алу). Металог-раф!чн! досл!дження показують, що на цих рэжимах у зон! зварного з'еднання в!дбуваеться м!грац!я границ! зерен I л!кв!дуеться ор!ентовна границя розпод!лу, тим самим ство-рюсться сп!льн!сть зерен уздовж л!н!Т з'еднання,.

3 урахуванням роз ро блей их принцип!в вибору параметр^ зва-рювання ! на п! дета в) експериментальних досл!джень м!цност! д«-фуз!йно-зоарних з'еднаиь о залежност! в!д параметра процесу було

визначено оптимальн1 режими зварювання пористих I монол!тних заготовок:

— для зварювання монол!тного титану з пресованою заготовкою з порошка ПТЕК-1 + ВТ1-0: 7 = 1173^ Р = 5МПа; / = 30хв; ПТЕК-1 + сплави титану (ВТ6, ОТ4, ВТ23, ВТ20): Т= 1223 К, Р = = 2.. .5 МПа, < = 30.. .60 хв;

— для зварювання монол!тного титану I титанового порошка з одночасним компактуванням: ПТЕК-1 + титан та його сплави (ВТ6, ВТ20, ОТ4, ВТ23): Г= 1023...1073 К, Р = 50 МПа, * = 2...10хо.

Х1м!ко-терм!чна обробка в азот1 може значною м!рою зм1нити службов! властивост! як пористого матер!алу, так I заарних пористо-монол!тних заготовок в ц!лому. Тому необХ1Дно було анал!зувати вплив режим1в х!м1ко-терм1чнсТ обробки на службов! характеристики пористо-монол!тних заготовок.

Одержуваний при х1м1ко-терм1чн!й обробц! газонасичений шар мав вигляд бшоТ зони вздовж границ! гранул з б!льш високою м!кротверд!стю. Зазначено, що !з зб!льшенням тривалост! в!дпалу м!кротверд!сть шару зростае. Так, при температур! азотування 1273 К теля трьох годин середн1 значения м!кротвердост! в цент-ральн!й д!лянцГ! в газонасиченому шар! гранул були в!дпов!дно 2845 та 8995 МПа, п!сля п'яти годин ц! значения становили 2965 та 9255 МПа, а п!сля десяти годин 3005 ! 9700 МПа. Анал!з м!кроструктур газонасиченого шару ! характеру розпод!лу м!кротвердост! в перер!з! зразк!в дае п!дставу вважати, що при по-ристост! заготовок 0,13...0,26 умови для взаемод!Т титану з азотом практично однаков! по всьому об'ему зразка.

Таким чином, використання режим!в х1м!ко-терм1чноТ обробки на основ! побудованих номограм створюе умови для взаемод!? титану з азотом по всьому об'ему пористого зразка.

П!сля циклу випробувань було одержано показники м!цност! зразк!в при д!аметральному стисненн! ар ! вигин! стВиг, що залежать в!д таких параметра, як порист!сть, тривал!сть сп!кання, I режим!в х!м1ко-терм1чноТ обробки (табл. 2.)

Анал!з механ!зму руйнування зразк!в в залежност! в!д диспер-сност! порошка й тривалост! ХТО дозволив встановити, що руйну- • вання зразк!а з порошку великих фракц!й ПТЕК носить переважно !нтергранульний характер, а зразк!в з порошка др!бних фракц!й ПТЕМ — трансгранульний.

Певно, зб!льшення розм!р!в контактноТ площ! м!ж гранулами 1з зменшенням пористост!, пор!внян!сть ТТ розм!р1в з розм!рами гранул для др1бних фракц!й, з одного боку, I наближення величини скрихче-

21

Таблица 2. М1цшсн1 характеристики пористих зразклв п!сля х1м!ко-термкчно? обробки__

Порист1сть Тривал1сть сп1кання, год Тривал1сть ХТО, год ПТЕК-1 ПТЕК-1

стр, МПа ствиг, МПа ар, МПа

0,23-0,26 4 1 37,5-65 29-35 -

4 3 38,1-61 21-27 -

4 5 21-36 12,3-15 . -

4 10 16,1-28 8-10 -

8 5 38-65 14,3-16 -

0,17-0,19 4 1 94-162,4 33,2-38 145,2-251

4 3 66.5-115 23-25 109,5-189

4 5 54,2-94 22,1-28 99-171

4 10 29-49,5 11-14 60,3-104

8 1 107,1-185 - -

8 3 68-117, . 28,3-33 -

0,13-0,15 4 1 96.3-165 - 153-250

4 3 87,4-151 - 109,5-189

4 5 46,1-80 - 99-171

4 10 45-77,2 . - 60,3-104

8 3 103,2-178,2 -

8 5 88,3-144 - -

8 10 55-91 - -

ного шару до розм!р!в при тривалому (понад 5 год) в!дпал1, з другого, призводить до зближення м!цност! гранул I площ! контакту м!ж ними, що й обумовлюе руйнування матер^лу за трансгранульним мехажзмом.

Випробування дифуз!йно-зварних з'еднань п!сля х!м!ко-терм!чноТ обробки показали, що руйнування зразк!в в1дбуваеться за-вжди по пористому матер!ал!. При цьому значения Тх м!цност1 в1дпов!дають м!цност! самого пористого матер!алу п!сля в!дпалу в азот!. Металограф1чн! досл!дження зони зварного з'еднання показали, що газонасичений шар б1ля л!н!Т з'еднання утворюеться лише в район! дефект!в типу пор. На жших д!лянках з'еднання характеризуемся наявн!стю сп!льних зерен пористого ! монол!тного титану. Дефекти л!н!Т з'еднання мають менш! розм!ри ! к!льк!сть, ан!ж дефект пористого зразка. Поряд з в1дсутн!стю на л!н!Т з'еднання суц!льного скрихченого шару це визначае характер руйнування зварних зразк!в.

Таким чином, механ!чн! характеристики дифуз!йно-зварних з'еднань пористих 1 монол!тних зразк!в титану п!сля х!м!ко-терм1чноТ оборобки визначаються характеристиками пористого матер!алу й за-лежать в!д параметра азотурзння.

Oi^HKQ-xlMlMHl процеси,..шо в1дбуваються..у-контакт1 сталев.ся

оснастки 1з зварними титановими заготовками I Тх вплив на службой! характеристики виробу. Основними вимогами, як! висуваються щодо технолог1чноТ оснастки, що застосовувалася при дифуз1йному зварю-ванн!, е в!дсутн!сть схоплювання !з зварюваним виробом та негативного впливу на його службов! властивост!. Найб1льш поширеним I доступним конструкц!йним матер!алом для виготовлення оснастки сл!д вважати сталь.

В процес! дифуз!йного зваргавання п1д д!ею високих температур (0,7.. .0,8 Гпл) i тиску стиснення в контакт! стал! з титаном можуть розвиватися ф!зико-Х1м!чн! процеси, як! призводять до п!двищення реакцшноТ здатност! контактуючих поверхонь титану ! стал! !, як насшдок цього, до формування осередюв схоплювання. Це може призвести, з одного боку, до спрацювання оснастки, з другого — до погашения службових характеристик зварюваного виробу.

Як BiflOMO, поверхня вироб!в практично завжди мае нер!вност!. Контактування таких поверхонь в!дбуваеться в окремих д!лянках з утворенням замкнених порожнин. Тому видаеться доц!льним вив-чення ф!зико-х!м1чних процесс, як! вщбуваються як у зонах розви-неного контакту, так i у замкнених порожнинах.

Експериментальш дан! показують, що в результат! контактноТ взаемоди титану з армко-зал!зом ! сталлю на них в!дбуваеться змен-шення товщини оксидних пл1вок, яке супроводжуеться в!дпов!дним зм!ненням ¡нтерференц!йного забарвлення поверхн! зразюв. При цьому в!дновлення оксидних пл!вок на зал!з! йде дещо швидше, н!ж на стал!. Одержано значения ефективноТ enepril активацН даного процесу, як! становили 222 кДж/моль ! 219 кДж/моль в!дпов!дно для армко-зал1за I стал!. Ц! значения пор!внянн! з енерг!ею активацП дифузП кисню у титан! (217,9 кДж/моль I 258 кДж/моль). Це дае п!дставу припустити такий механ!зм контактного в!дновлення оксид! в на зал!з! I стал!:

2МеО<пл!ОКа) + Ti(TB) - 2 МеО(тз) + ТЮг

ТЮ2(пл!шса) •• Ti („>+20(8X1) (18У

ЛЫтуючою стадию буде процес розчинення кисню у титан!, Сл!д в!дзначити, що наявна на титан! власна оксидна пл!вка мае пе-решкоджувати реал!зац!7 даного процесу доти, доки не розчиниться-

у титан!. Для п1дтвердження цього було проведено експерименти з контактного в!дновлення оксид!в на попередньо окислених зал!зиих ! титанових зразках.

В результат! було встановлено наявн!сть повного перЮду часу, протягом якого пом!тного зменшення товщини оксидноТ пл!вки на зал1з! не спостер!гаеться. Умовно цей лер!од часу названо !нкубац!йним.

Ефективна енерг1я активацПГ процесу в!дновлення оксидних плшок на зал!з! оксидованим титаном становить 227 кДж/моль. Близьк! значения енергПГ активацИ, одержан! при анал!з! процес!в контактного титанотерм!чного в!дновлення оксид!в на зал!з! та стал! оксидованим та неоксидованим титаном св!дчать про те, що у даних випадках в!дновлення контролюзалося одним ! тим же процесом — дифуз1ею кисню у титан!.

К) нетика I механ!зм в!дновлення оксид!в на зал!з! I стал! титаном у замкнених порожнинах в!др1зняеться в!д твердофазного контактного в!дновлення. Враховуючи, що титан мае значну спро-можн!сть до розчинення кисню ! б!льшу спор!днен!сть з ним, н!ж зал!зо, механ!зм безконтактного титанотерм!чного в!дновлення оксидних пл!вок можна пояснити так: при нагр1ванн! титан адсорбуе газк, як! м!стяться у замкненому простор! м1ж титаном 1 зал1зом. Це призводить до зменшення парцельного тиску кисню ! створення умов для дисоц!ац!Т оксид!в:

20(ок) ~ 20(адс) + 4е

20 (аде) - 02 (аде) 02 (аде) "* 02 (г) 02 <r) + TiOr) ■* TÍÜ2 (т) 2+

2Ме(ОХ) + 4е 2Ме(Т.осн> (202 + 2Ме2+) (ой) + Ti(T) - ТЮ2(т) + 2МС(т) (19)

Тут (ок) — оксидна пл1вка; (аде) — газопод!5ний адсорбований км-сень; (т. осн) — тверда основа.

3 таких позиц!й наявн!сть !нкубац!йного пер!оду в цьому вкладку обумовлена процесом адсорбцИ кисню титаном, а його три-вал!сть визначаеться часом, необх!д>шм для поглинання титаном кисню !з простору. м!ж зразками.

При цьому в!дбуваеться зниження тиску газу в ц!й замкнеиШ облает!, що призводить до створення умов доя дислокацП оксид!а

зал!за. При пост!йному об'ем! зазору час 1ндукц1Т мае зменшуватисп з п!двищенням температури, що й спостер(гаеться в експериментах.

Одержане значения енерг1Т активац!Т цього процесу 228 кДж/моль зб!гаеться з енерг!ею активацПГ дифуз!Т кисню в титан!. При розгляд! безконтаитного титанотерм!чного в!дновлення 01с-сидних пл!вок спостер!гаеться б!льш складна картина. Цей процес !де при б1льш високих температурах, що, мабуть, можна пояснити наявн!стю на стал! зал!зо-хромистоТ шп!нельноГ фази РеСгг04, енерПя зв'язку 1он!в в як!й перевищуе енерг!ю зв'язку в оксидах зал!за. Кр!м цього, було встановлено, що повного в!дновлення ок-сидноТ пл!вки на стал! не в!дбуваеться. Щоб!льше, !з п!двишенням температури в!дбуваеться упов!льнення ТТ стоншування, а при температур! приблизно 1273 К значного зм!нення в ТТ товщин! но в!дбуваеться. Це можна пояснити тим, що зб!льшення температури прискорюе розчинення оксидноТ пл!вки на титан!, внасл!док чого во-на зникае, I дом!нуючим процесом стае субл!мац!я титану та його конденсац!я на поверхнев!й пл!вц! стал!. Титан, взаемод!ючи з оксидами метал!в, утворюе оксидну пл!вку, що призводить до упов!льнення стоншення пл!вки на поверхн! стал!. Механ!зм безкон-тактного титанотерм!чного в1дновлення у цьому випадку може бути описаний за такою схемою:

Т1(т) -* Ткг);

Т1(г) — Т1 (оке, ст);

Т1(окс.ст.) + 2МеО(ст.) - ТЮ2(ст) +2Ме<т>

2МеО(Ст) + Т1(г) -*• 2Ме(Т) + ТЮ2 (ст). (20)

Тут Т!(окс. ст) — титан, адсорбований на оксидован!й стал!.

У цьому вар!ант! прот!кання процесу в!дбуваеться не стоншення оксидноТ пл!вки на стал!, а переважно зм!нення ТТ х!м!чного складу: складний оксид Сг-Ре-0 поступово поступаеться м!сцем б!льш пористому оксиду Т!Ог, при цьому в!дновлен! кат!они металу переходить у метал!чну основу.

В реальних умовах1 безконтактне титанотерм!чне в!дновлення оксид!в в!дбуваеться завдяки одночасн!й д!Т обох розглянутих ме-хан!зм1в.

Таким чином, проведен! досл!дження показали, що процес очищения контактних поверхень в!д оксид!в I, як насл!док цього, п1двищення Тх реакц!йноТ здатност!, проходить досить 1нтенсивнО при температурах дифуз!йного зварювання I нижчих. Це може при-зводити до утворення д!лянок схоплювання I формування ди-фуз!йних зон.

Анал!з зон схоплювання показав, що при температур! зварю-вання Т > 1073 К утворюються дифуз!йн! зони з наявними крихкими 1нтерметал!дними фазами. При б!льш низьких температурах Тхня протяжн!сть значно менша, ! вони являють собою переважно тверд! розчини зал!за в титан!.

Проведен! досл1дження короз1йноТ ст!йкост! титанових вироб!в показали, що в!дновлення оксид1в на контактних поверхнях I утво-рення дифуз!йних зон мають 1стотний вплив на Тх службов! характеристики, зокрема значно знижуе короз!йну ст!йк1сть.

Ефективним засобом запоб!гання розвитку цих процес!в е ви-користання оснастки, що п!ддавалася попередньому азотуванню. Сталь у цьому випадку виступае в рол! акумулятора азоту I в процес! зварювання насичуе поверхню зварюваних титанових вироб!в.

Розробка технолог!чних проиес!в одержання пористих ! прри-сто-монол!тних металокерам!чних вмроб!в. Розроблений техно-лог1чний процес запроваджено при виготовленя! втулок паливно-на-сосного агрегату, а також к!лець торцевого ущ!льнення насосу. Кр!м того, виготовлен! за розробленою технолоИею титанов! металоке-рам!чн1 бронеплитки зараз вже пройшли усп!шн! випробування.

Втулка паливно-;:зсосного агрегату являе собою прециз!йний вмр!б 1з складним внутр!шн!м проф!лем. До нього ставляться жорстгЛ вимоги щодо маси, короз!йноТ ст!йкост! проти спрацювзння. Втулки, виготовлен! з високолегованоТ стал!, мали неприпустимо низький ресурс. Розробниками було поставлена завданмя створення нового керам!чного або металокерамЫного мгтер!алу для сиготов-лення втулок. Нгмагання використати литий н!трид гитану наштоа-хувалися на значн! труди о щ! у зв'язку з! складною обробкою заготовки механ!чними засобамм. Аналог!чн! проблемы вини&ш при на-маганн! використати як вих!дну сировину конструкц!йну корамку. Тому на основ! розроблемоТ технолог!! було виготсэлено ьтулш пг-ливно-насосних агрегат!в на баз! порошкового титану.

ВирШ, виготовлений за розробленою технологию, дае ииграш стоссвно маси на 15...18% I п!двищення стшксст! проти спрацю-аання в 20-30 раз!в. М!цн!сн! характеристики мзталокерамЬшога к»а-тер!алу на основ! порошку титану сум!рн! з м1цн1стю пористсТ консг-рукцШноТ керам!ш з оксиду циркон!я.

Юльця торцевого ущ!льноння насосга дли перекачувакия агре-сибних серодовищ, виготовлен! з! стал!, у г^сцях, и к! азгнають п!двищоного спрацювакня, наплавляються материалом, ст!йки,/. проти спрацюоання, типу сормайт або стел 1т. Одна;с при аадос!г.ьн1й ст!йкост! проти спрацюоання корозШна ст!йк1сть и!лець недостатня. 26

Таким чином, завдання розробки ново! технологи виготовлен-ня к!лець торцевого ущ!льнення пов'язане з необх!дн!стю одержан-ня короз!йност!йкого виробу з локальною д1лянкою матер!алу висо-коТ ст!йкост! проти спрацювання.

Намагання розв'язати цю проблему зам1ною стал! на титан на-штовхнулися на питания п!двищення ст!йкост! проти спрацювання. Х!м!ко-терм!чна обробка титанових вироб!в у азот{ не дала значного ефекту через невелику глибину шару з п!двищеною ст!йк!стю проти спрацювання.

Виходячи з розробленоТ технолог!чноТ схеми, було запропоно-вано виготовляти Тх у вигляд! пористо-монол!тноТ конструкц!Т, причо-му пористий елемент п!сля х!м!ко-терм!чноТ обробки у середовищ! азоту за умови об'емного насичення мав високу тверд!сть по ус!й товщин!.

Виготовлен! вироби в!дпов!дали поставленим вимогам, поеднуючи в соб! короз!йну ст1йк!сть та високу ст1йк!сть проти спрацювання.

Завдання створення недорогих 1 ефективних кулезахисних ма-тер!ал!в I засоб1в !ндивщуального захисту на Тх основ! пов'язане, зокрема, 1з створенням високом!цного з'еднання керам!ки з мета-лом. Використання паяння, склеювання як засоб!в одержання мета-локерам1чних конструкщй не дае потр!бноТ м!цност! з'еднання та бронестмкост! матер1алу. Перспективним шляхом створення уда-рост!йких матер!ал!в е використання дифуз!йного зварювання для одержання шарових металокерам!чних конструкц!й.

За розробленою технолог!чною схемою були виготовлен! на-турж бронеплитш для в!йськових бронежилета. Проведений кульо-вий обстр!л цих плиток показав Тх високу бронест!йк!сть. Таким чином, результати досл!джень дозволяють говорити про перспек-тивн!сть застосування розробленоТ технолог!! для виробництва бронеплиток.

ОСНОВЫ! висновки

1. На основ! досл!дження на м!крор!вн! процес!в формування з'еднань пористого I монол!тного титану при дифуз!йному аварю-. ванн! естановлено вплив технолог!чних параметр!в на процеси' об'емноТ еэаемод!Т у зон! контакту як завершальноТ стадП утворення дифуз1йного з'еднання, що визначае його механ!чн! характеристики."

2. Вивчено процес ущ!льнення пористого т!ла при ди-фуз!йному зварюванн!, що дозволяе прогнозувати зм!нення пори-стост! в залежност! в!д швидкост! деформацП. Одержано номограми

ущ!льнення для вибору режим1в зварювання, як! забезпечують збе-реження (створення) потр!бноТ пористост!.

3. Розроблено розрахунково-анал5тичний метод вибору захис-ного середовища при дифуз!йному зварюванн! пористих I пористо-монол!тних титанових заготовок, який грунтуеться на визначенн! умов, що забезпечують розвиток автовакуумування порових канал!в у зон! з'еднання. Показано, що необх1дний ступшь розр!дження у камер! залежить в!д геометричних параметр!в зварюваних заготовок, характеристик пористост!! режима зварювання.

4. Встановлено, що утворення н1тр!д!в на поверхн! титану при газотерм1чкому азотуванн! в!дбуваеться при температурах Т > й: 1073 К в особливо чистому азот! ! при Т > 1273 К в азот! другого сорту. При б^ьш низьких температурах утворенню н!тр!д!в передуе окисления титану з "подэльшим розчиненням оксид!в у метал!чн!й основ!.

5. Встановлено фазовий склад газонасиченого шару (а"П

•* [М]ц (Tl2N, Т!4Г\!з-х) -* еИМтетр ■* "ПЫкуб) ! показано, що про-тяжн1сть газонасиченого шару зростае !з зб!льшенням температури Т ! тривалост! < взаемодК, при цьому товщина шару Н1тр!ду стехн!метричного складу дор!внюе приблизно 4 мкм ! мало зм!нюеться !з зростаиням Т11.

6. Показано доц!льн1сть використання поняття скрихченого шару як ¡нтегральноТ характеристики ф1зиш-х1м!чного стану npv.no-оерхневих шар!в, яке в!дображае службов! властивост! матер!аду п!сля азотування. Визначзно, що формування скрихчених шар!в при температурах азотування Т > 1000 К (в особливо чистому азот!)! Т > > 1273 К (в азот! другого сорту) контролюеться дифуз!ею азоту в титан!, а у низькотемпературн!й облает! — дифуз!ею ан!онних ваканс!й у оксиднШ фаз!.

7. Одержано ф!зико-математичну модель процесу газотермЗчного азотування пористих титанових т!п. В осноау модзл! ме>;он!зму про-никнення газу в поров! канали покладено два одночасиих прецзен: зниження тиску азоту в порових каналах у результат! взашодН газу 1з ст!нками канал!Е ! надходження в них новях порц!й азоту !з газового середовища за рахунок виникиеиня перепаду тиску.

8. Встановлено, що з п!двищенням температури ггзо-терм!чного азотування I зменшення д!аметра порових канал!а у ос-танн!х виникае вакуумоЕана зона, яка характеризуемся практично повною в!дсутн1стю адсорбцШного потоку газу в ст!нки порових кз-нал!в, ! при «в!дкритих» порових каналах иасичення пористого т!ла по всьому об'ему не в!дбуваеться. Побудовано номограмм, що дозво-28

ляють обирати так! режими азотування, як! забезпечують нгсичення по всьому об'ему пористихт!л.

9. Визначено механ!чн! характеристики пористого матер!алу на основ! порошку титану п!сля терм!чного азотування. Встаноолено к!льк!сну залежн1сть м!цност1 матер!алу в!д дисперсност! порошку й технолог!чних параметр!в азотування.

10. Показано, що при контакт! титанових вироб!в !з стальною оснасткою в!дбуваються процеси в!дновлення оксид!в на стал!, що призводить до утворення д!лянок схоплювання при дифуз!йному зварюванню. Для попередження розвитку цих процес!в доц!льно зд!йснювати азотування стальноТ оснастки.

11. Встановлено, що дифуз!йн! зони, як! утворюються в повер-хневих шарах титанових вироб!в, що контактують при зварюванн! !з стальною оснасткою, призводять до зниження службових властиво-стей вироб!в, зокрема короз!йноТ сгШкост!.

12. Розроблено комплексну технолог!ю одержання пористих ! пористо-монол!тних металокерам!чних вироб1в !з завданими власти-востями, що грунтуеться на виготовленн! деталей потр!бноТ форми !з структурою, яка забезпечуе можлив!сть Тх наскр!зного об'емного на-сичення азотом у процес! термообробки в активному газовому сере-довищ!. ТехнолоНчна схема процесу складаеться з пресування порошку титану; сп!кання пресовки; дифуз!йного зварювання пористо! ! компактно! заготовок; !х механ!чно! обробки ! терм!чного азотування для надання вирсбу властивостей металокерам!ки.

13. Розроблена технолоПя знайшла застосування при виготовленн!: втулок паливно-насосних агрегат!в у Воронезькому НД| АСПК; к!лець нерухомого торцевого ущ!льнення насосу 11Р-3 на Воронезькому механ1чному завод!; бронеплиток для в!йськових бронежилета в УкраТнському !нститут! сухопутних в!йськ.

Основш положения дисертаца опублшоваш в таких роботах:

1. Особенности деформации и напряженного состояния в соединениях разнородных металлов при диффузионной сварке / Л. Н. Лариков, М. Н. Белякова, Л. С. Киреев и др. // Автомат, сварка. — 1982. — № 12. — С. 13-17.

2. Киреев Л. С., Дзыкович И. Я., Замков В. Н. Микрорентгеноснектральный анализ зоны соединения титана со сталью, полученного диффузионной свар-' кой // Там же. — 1983. — № 12. — С. 54-57.

3. Причины снижения' прочности сварных • соединений титана со сталью У Л. Н. Лариков, М. Н. Белякова, Л. С. Киреев н др. // Там жо. — 1984. -г № 4. — С. 17-19.

4. А. с. 662615 СССР, МКИ В 23 К 1/20. Способ подготовки поверхности перед сваркой / В. Н. Замков, Л. С. Киреев, В. К. Сабокарь, С. В. Лапчен-ко. — Опубл. 01.04.79; Бюл. № 18.

5. А. с. 681661 СССР, МКИ В 23 К 19/00. Способ диффузионной сварки /

B. Н. Замков, В. К. Сабокарь, Л. С. Киреев, С. М. Гуревич.

6. А. с. 1000201 СССР, МКИ В 23 К 20/14. Способ сварки давлений с нагревом разнородных металлов / Л. С. Киреев, В. Н. Замков, В. К. Сабокарь, С М- Туревич. — Опубл. 28.02.83; Бюл. № 8.

7. Киреев Л. С. Сварка давлением в вакууме технического титана со сталями 2X13 и 12Х18Н10Т // Автомат, сварка. — 1985. — № 3. — С. 56-58.

8 Киреев Л. С., Лариков Л. Н., Белякова М. Н. Напряженное состояние при диффузионной сварке титана со сталью п условиях разных схем нагруже-ния // 8-е Всесоюзное совещание по разнородным, композиционным и многослойным материалам (16-18 февр. 1982, Киев). — Киев: ИЭС, 1983. —

C. 27-31..

9. Диффузионные процессы при сварке давлением в вакууме титана с нержавеющей сталью / Л. С. Киреев, В. Н. Лариков, М. Н. Белякова // Автомат, сварка. — 1986. — № 3. — С. 21-23.

10. Киреев Л. С., Лариков Л. Н., Белякова М. Н. Особенности структуры при-контактных зон сварных соединений титана со сталью, выполненных в твердом состоянии // Тезисы докладов Ш Всесоюзной конференции по СЦМ (Тольятти, 8-10 сент. 1986). — Тольятти: ТПИ, 1986. — С.41-47.

11. Сварка давлением в вакууме жаропрочного титанового «2-сплава / Л. С. Киреев, В^ Н. Замков, С. Г. Глазунов, Г. А. Павлов // Автомат, сварка. —

1988. — № 2. — С. 74-75.

12. Особенности образования соединений алюмооксидной керамики через прослойку алюминий / Л. Н. Лариков, Л. С. Киреев, В. Н. Замков, М. Н. Белякова // Там же. -г 1990. — № 3. — С. 20-24.

13. Киреев Л. С., Лариков Л. Н., Белякова М. Н. Диффузионная сварка алюмооксидной керамики с применением прослоек из алюминиевых сплавов // Там же. — 1990. — № 3. — С. 24-27.

14. Лариков Л. Н., Киреев Л. С., Белякова М. Н. Особенности структуры прн-контактных зон сварных соединений титана со сталью, выполненных б твердом состоянии // Сварка цветных металлов. — Киев: Наукова думка,

1989.— С. 109-111.

15. Киреев Л. С., Мархашова Л. И., Замков В. Н. Особенности деформационных процессов при сварке давлением в вакууме малоплэстачного жаропрочного титанового сплава // Достижения н перспективы развития диффузионной сварки: Материалы конф. (24-26 янв. 1991, Москва). — М.,

1990. — С. 23-25.

16.Киреев Л. С., Струина М. М. Особенности сварки алюмооксидной керамики с применением прослоек из алюминия и его сплава // Там же. — С. 58-61.

17. Замков 3. Н., Киреев Л. С., Струина М. М. Микроспектральный анализ зоны соединения алюмооксидной керамики с алюминием // Автомат, сварка. — 1992. — № 7-8. — С. 63-65. °

18. Титанотермическое контактное восстановление оксидов на железе и стали / Л. С. Киреев, В. Н. Чиканов, В. В. Пешков, В. П. Холодов // Физическая химия. — 1993. — 67, № 7. — С.58-61.

19. Титанотермическое восстановление оксидов на железе и стали в условиях авто-вакуумирования / Л. С. Киреев, В. Н. Чиканов, В. В. Пешков, В. П. Холодов // Физико-химическая механика материалов. — 1993. — № 3. — С. 23-27.

20. Замков В. Н., Киреев Л. С., Маркашов Л. И. Особенности структурных изменений жаропрочного сплава на основе "ПзА! при сварке даатением в вакууме // Автомат, сварка. — 1992. — № 9-10. — С. 13-16.

21. Киреев Л. С., Селиванов В. Ф., Пешков В. В. Кинетика уплотнения пористых титановых заготовок при диффузионной сварке /'/ Там же. — 1994. — № 2. — С. 18-23.

22. Киреев Л. С., Селиванов В. Ф., Пешков В. В. Взаимодействие титана с газами при нагреве в среде азота // Спец. электрометаллургия. — 1993. — № 4. — С. 36-40.

23. Особенности структурно-фазовых преобразований в области перехода шгг-рид-титана-титан при азотировании / Л. С. Киреев, Л. И. Маркашова, В. В. Пешков, В. II. Замков // Автомат, сварка, 1993. — № 11. — С. 12-16.

24. Кпреев Л. С., Селиванов В. Ф., Пешков В. В. Получение изделии со специальными свойствами методами порошковой металлургии и химико-термической обработки // Материалы и упрочняющие технсшогии-91: Тез. докл. Респ. пауч.-техп. конф. (Курск, 13-14 ноября 1991). — Курск, 1991. — С. 60-61.

25. К выбору режимов диффузионной сварки пористого титана / Л. С. Киреев, В. Ф. Селиванов, В. В. Пешков, В. В. Шурупов // Современные проблемы сварочной науки и техники: Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. (Ростов-на-Дону, 2 марта 1993). — Ростов-на-Дону, 1993. — С. 92.

26. Киреев Л. С., Замков В. Н. Технология сварки титана и его сплавов // Новые технологии соединения материалов: Сб. докл. межд. науч.-техн. конф. (13-14 окт. 1993, Абинггон). — Абинггон, Кембридж, 1993. — С. 28-32.

27. Замков В. Н., Киреев Л. С. Объемное взаимодействие при диффузионной сварке карбида бора с титаном // Автомат, сварка. — 1994. — № 3. — С. 27-32.

28. Восстановление оксидов на поверхности железа и стали Х18Н10Т титаном • при диффузионной сварке / Л. С. Киреев, В. Н. Замков, В. П. Холодов, В. В.

Пешков // Автомат, сварка. — 1993. — № 2. — С. 19-24.