Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов icon

Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов




Скачати 84.67 Kb.
НазваБ. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов
Дата16.08.2012
Розмір84.67 Kb.
ТипДокументи



В існик НАУ. 2004. №3

УДК 629.7.083


1Б.А. Ляшенко, д-р техн. наук

2В.В. Щепетов, д-р техн. наук

3В.І. Мирненко, канд. техн. наук

4А.В. Рутковський, канд. техн. наук

ТЕРМОМЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТИТАНОВОГО СПЛАВУ ВТ20

З ВАКУУМ-ПЛАЗМОВИМИ ПОКРИТТЯМИ


1,4Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України, e-mail: coating@ipp.adam.kiev.ua

2Аерокосмічний інститут НАУ, e-mail: aki@nau. edu. ua

3Національна академія оборони України, e-mail: diskret@inbox.ru

Наведено результати експериментальних досліджень на ізотермічну та термоциклічну повзучість титанового сплаву ВТ20 з вакуум-плазмовими покриттями TiN, (TiAl)N та (TiC)N в інтервалі температур 350–640 оС при дії статичного навантаження 0,8σв. Установлено зниження ізотермічної та термоциклічної повзучості титанового сплаву ВТ20 з вакуум-плазмовими покриттями.

Вступ

Титанові сплави в порівнянні з іншими конструкційними авіаційними матеріалами мають кращі співвідношення високих механічних властивостей, корозійної стійкості та малу питому вагу. Деталі з них значно, а в агресивних умовах у декілька разів перевищують за цими показниками аналогічні вироби та деталі, що виготовлені з дефіцитних дорогих нержавіючих сталей [1].
^
Постановка проблеми

Титанові сплави в процесі нагрівання отримують необоротні структурні перетворення: різко зростає зерно, змінюється форма виділення фаз. У зв’язку зі структурними перетвореннями знижуються механічні властивості, особливо характеристики пластичності [2]. При підвищених температурах опір деформації титанових сплавів стрибком зменшується майже в три рази [3]. Крім того, підвищення робочих температур титанових сплавів обмежується окисненням на велику глибину, у результаті чого втрачається пластичність і
збільшується поверхнева твердість [4]. З цих причин титанові сплави не можуть відноситися до жароміцних матеріалів, що стримує їх широке застосування, особливо в авіаційній і космічній техніці, при тривалій дії підвищених температур.
^
Аналіз останніх досліджень

Підвищення термомеханічних властивостей титанових сплавів, що працюють у діапазоні
температур від 350 до 640 оС, досягається за рахунок використання перспективних технологічних процесів обробки поверхні конструкційних елементів на етапах розробки і виробництва авіаційної техніки [1; 4]. Великої уваги заслуговує метод вакуум-плазмового нанесення (PVD – фізичне осадження з парогазової фази) захисних зміцнювальних покриттів на титанові сплави [5], але дослідження їх впливу на ізотермічну та термоциклічну повзучість при температурах до
640 оС не проводилось.

Метою статті є дослідження термомеханічних властивостей (ізотермічної та термоциклічної повзучості) титанового сплаву ВТ20 з вакуум-плазмовими покриттями TiN, (TiAl)N та (TiC)N у діапазоні температур від 350 до 640 оС.

^ Результати досліджень

Багатошарові вакуум-плазмові покриття TiN, (TiAl)N та (TiC)N товщиною 2...10.10-6 м наносилися на плоскі стандартні зразки (ДСТУ 2637-94), що виготовлені з титанового сплаву ВТ20, на модернізованій установці ННВ-6,6-И1 типу “Булат” з одночасним розпиленням матеріалів із двох катодів (мішеней). Технологічний процес нанесення покриттів складався з трьох етапів:

– іонної очистки поверхні при температурі 500–550 оС протягом 360–1080 с;

– плазмохімічного синтезу матеріалу, що випаровується, у камері та на поверхні;

– конденсування покриття на деталі при температурі 420–500 оС протягом 720–3600 с.

Шорсткість поверхні титанового сплаву ВТ20 з покриттями TiN, (TiAl)N та (TiC)N визначали за допомогою профілографа-профілометра 201, мікротвердість системи “основа–покриття” –за допомогою мікротвердоміра ПМТ-3. Результати досліджень подані в таблиці.

^ Результати досліджень титанового сплаву

PVD-покриттями

Показник властивості

Сплав без покриття

Тип покриття

TiN

(TiAl)N

(TiC)N

Шорсткість Ra

0,68

0,30

0,28

0,37

Мікротвердість Нμ, МПа

4650

9680

19844

10376

Повзучість при постійному статичному на-вантаженні є чутливим інструментом для фіксації зміни стану як покриття, так і поверхні розділу “основа–покриття”.

Порівняльні випробування зразків з титанового сплаву ВТ20 із PVD-покриттями на ізотермічну і термоциклічну повзучість проводили при статичному навантаженні 0,8у в інтервалі температур від 350 до 640 оС на універсальній установці “Щелкунчик” (Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України) в умовах осьового розтягу при нагріванні робочої ділянки зразка шляхом фокусування променевої енергії в замкнутій оптичній безінерційній системі. Завдяки цьому зразок нагрівається до 1000 оС без впливу електромагнітопластичного ефекту.

Методика дозволяє проводити прискорені випробування на термоциклічну повзучість при високих швидкостях нагрівання та охолодження.

При дослідженні термоциклічної повзучості титанового сплаву ВТ20 з покриттями нагрівання та охолодження зразка здійснювалося з макси-мальною швидкістю до 100 град/с. Основними факторами, що пошкоджують, у прискорених термоциклічних випробуваннях є різкі теплозміни.

Час нагрівання термічного циклу (350↔640 оС) становить 15 с, час охолодження – 20 с.

У результаті проведених експериментальних досліджень титанових сплавів із вакуум-плазмовими покриттями отримані криві ізотермічної (рис. 1) і термоциклічної повзучості (рис. 2).

Дослідження повзучості титанового сплаву з вакуум-плазмовими покриттями, навіть в ізотермічних умовах, має ряд особливостей, при яких спостерігається як ефект зміцнення, так і незміцнення матеріалу основи. Різний склад і тип покриття підвищували опір повзучості основи або пластифікували її. Швидкість повзучості має кореляційний зв’язок із твердістю поверхневої зони і залежить від товщини покриття.

При температурах 400–650 оС швидкість повзучості зразків із покриттями TiN, (TiAl)N та (TiC)N менше ніж без покриття, оскільки рух дислокацій активізується переважно на поверхні матеріалу, тому спостерігається найбільш інтенсивна повзучість поверхневих шарів.

Без покриття стік дислокацій здійснюється на поверхні під дією напружень, що дорівнюють або більше ніж критичні для даних умов навантаження. Визначення періоду ґрат і фазового складу PVD-покриттів проводили на рентгенівському дифрактометрі “ДРОН” в фільтро-ваному мідному Cu-Kα випромінюванні з наступним розрахунком і розшифровкою дифрактограми. Параметри кристалічних ґрат покриття відрізняються від параметрів титанових сплавів, що призводить до структурних змін, зменшенню параметрів ґрат в перехідній зоні, збільшенню критичних напружень.

Період кристалічних ґрат вакуум-плазмових покриттів TiN дорівнює 0,425 нм, (TiAl)N – 0,422 нм, (TiC)N – 0,432 нм.

Установлено, що в покриттях існують зміцнювальні фази TiN, TiC та TiCN, тверді розчини Ti Al та тверді розчини впровадження N у Ti. Крім того, реалізується ефект Роско, який полягає в блокуванні покриттям виходу дислокацій на поверхню основного матеріалу, а також у блокуванні поверхневих джерел дислокацій








а

б





в

г

Рис. 1. Ізотермічна повзучість титанового сплаву ВТ20:

а: 1 – без покриття (Т = 590 оС); 2 – покриття (TiC)N (Т = 640 оС); 3 – покриття (TiAl)N (Т = 623,4 оС); ^ 4 – покриття (TiAl)N (Т = 606,7 оС); б: 1 – без покриття (Т = 560 оС); 2 – покриття (TiC)N (Т = 590 оС); 3, 4 – покриття (TiAl)N (Т = = 573,4 оС; Т = 596,7 оС); 5, 6 – покриття TiN (Т = 566,7 оС; Т = 540 оС); в: 1 – без покриття (Т = 490 оС); 2, 3 – покриття (TiC)N (Т = 473,4 оС; Т = 456,7 оС); 4, 5 – покриття TiN (Т = 490 оС; Т = 498,3 оС); г: 1 – без покриття (Т = 430 оС); 2 – покриття (TiAl)N (Т = 406,7 оС); 3, 4 – покриття TiN (Т = 440 оС; Т = 423,4 оС); 5 – покриття (TiC)N (Т = 390 оС)











а

б











в

г




Рис. 2. Термоциклічна повзучість титанового сплаву ВТ20:

а: 1 – без покриття при Т=610↔390 оС; 2 – покриття (TiC)N при Т=640↔420 оС; 3 – покриття (TiAl)N при Т=623↔400 оС; ^ 4 – покриття (TiAl)N при Т=606↔389 оС; б: 1 – без покриття при Т=560↔340 оС; 2 – покриття (TiC)N при Т=590↔370 оС; 3, 4 – покриття (TiAl)N при Т=573,4↔350 оС та при Т= 596,7↔376 оС; 5 – покриття TiN при Т=566,7↔345 оС; в: 1 – без покриття при Т=490↔270 оС; 2 – покриття TiN при Т=540↔310 оС; 3, 4 – покриття (TiC)N при Т= 473,4↔252 оС та при Т= 456,7↔230 оС; 5, 6 – покриття TiN при Т=498,3↔276,5 оС та при Т= 490,3↔268,2 оС; г: 1 – без покриття при Т = 430↔210 оС; 2 – покриття (TiAl)N при Т = 406,7↔195,2 оС; 3, 4 – покриття TiN при Т = 440↔221 оС та при Т = 423,4↔200 оС; 5 – покриття (TiC)N при Т = 390↔185 оС
Висновки

1. Підвищення механічних та фізико-механіч-них властивостей поверхневого шару з титанового сплаву ВТ20 шляхом нанесення багатошарових вакуум-плазмових покриттів TiN, (TiAl)N та (TiC)N знижує ізотермічну та термоциклічну повзучість у два–чотири рази залежно від технологічних режимів їх нанесення. Найкращі характеристики мають титанові сплави з покриттям (TiAl)N.

2. Завдяки використанню вакуум-плазмового методу нанесення покриттів є можливість створювати багатофункціональні градієнтні покриття, які можуть істотно впливати на експлуатаційну надійність і довговічність конструкційних еле-ментів авіаційної і космічної техніки, що виго-товлені з титанових сплавів, а в перспективі бути основою для подальших досліджень нанесення захисних, зміцнювальних покриттів.
Список літератури

1. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с.

2. Моисеев В.Н., Знаменская Е.В. Влияние нагрева в α+β – и β-области на свойства и структуру сплавов титана с оловом и цирконием // Легирование и термическая обработка титановых сплавов. – М.: ВИАМ. – 1977. – С. 73–75.

3. Титановые сплавы в машиностроении / Б.Б. Че-чулин, С.С. Ушаков, И.Н. Разуваева, В.Н. Гольдфайн / Под ред. Г.И. Капырина. – Л.: Машиностроение, 1977. – 248 с.

4. Елисеев Ю.С., Абраимов Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. – М.: Высш. шк., 1999. – 525 с.

5. Стяжкин В.А., Копылов А.А., Палеева С.Я. Вакуумно-плазменные покрытия системы Ti-N для компрессорных лопаток турбины // Защита металлов. – 2000. – №3. – С. 328–329.

Стаття надійшла до редакції 17.09.04.

Б.А. Ляшенко, В.В. Щепетов, В.И. Мирненко, А.В. Рутковский

Термомеханические свойства сплава ВТ20 с вакуум-плазменными покрытиями

Приведены результаты экспериментальных исследований на изотермическую и термоциклическую
ползучесть титанового сплава ВТ20 с вакуум-плазменными покрытиями TiN, (TiAl)N и (TiC)N в интервале температур 350–640 оС при действии статической нагрузки 0,8σв. Установлено понижение изотермической и термоциклической ползучести титанового сплава ВТ20 с вакуум-плазменными покрытиями.

B.A. Lyashenko, V.V. Shchepetov, V.I. Mіrnenko, A.V. Rutkovskiy

Thermo mechanical characteristic of alloy BT 20 with vacuum-plasmatic covering

Results of the experimental studies are presented in article on and thermocycle creeping of titanium alloy BT20 from vacuum – plasmatic covering TiN, (TiAl)N and (TiC)N in interval of the temperature 350–640 ºС at action of the steady-state load 0.8σв. It is installed the izothermical and thermocycle creeping decreasing of titanium alloy BT20 from vacuum-plasmatic covering.

Схожі:

Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconГосударственный стандарт союза сср конструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconМіжнародна науково-технічна конференція, присвячена 80-річчю Дніпропетровської області та 90-річчю
В. а д-р техн наук, проф.; Перегудов В. В., д-р техн наук, проф.; Рудь Ю. С., д-р техн наук, проф.; Сидоренко В. Д., д-р техн наук,...
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconСтроительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconВ. В. Щепетов, д-р техн наук А. Г. Довгаль Л. В. Бурдюженко
Проведено системний аналіз існуючих методів поверхневого зміцнення та порівняння їх особливостей з електроіскровим легуванням. Доведено...
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconА. Г. Шалимов, д-р техн наук; С. А. Голованенко
А. Г. Шалимов, д-р техн наук; С. А. Голованенко, д-р техн наук, В. Т. Абабков, канд техн наук; Н. Н. Киселев; В. В. Зайцев; Е. Д....
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconМ. І. Волков, д-р техн наук; О. М. Алексєєв, канд техн наук; О. М. Кочевський, канд техн наук
Створення бібліотеки електронних підручників для студентів спеціальностей напряму “інженерна механіка”
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconПо делам строительства москва разработан министерством промышленности строительных материалов СССР исполнители
В. А. Лопатин, канд техн наук; Н. Н. Бородина, канд техн наук; Т. А. Мелькумова; В. И. Голикова; Л. Г. Грызлова, канд техн наук;...
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconГосударственный стандарт союза сср трапы чугунные эмалированные технические условия гост 1811-81
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. И. Горбунов, канд техн наук
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним сортамент гост 6942. 1-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Б. А. Ляшенко, д-р техн наук 2В. В. Щепетов iconТрубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Крестовины прямые со смещенной осью отвода конструкция и размеры гост 6942. 19-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи