Легирование титана α-стабилизирующим элементом (Al)

Элементы группы а-стабилизаторов (Al, Ga, Si, As и др.) расширяют температурный интервал существования низкотемпературной a-фазы титана за счет повышения температур начала М и окончания М мартенситного перехода при охлаждении титана (рис. 5.22) [2, 4-6].

Формирование сплавов на основе титана и алюминия является наиболее перспективным с точки зрения изготовления материалов для космической и авиационной промышленности ввиду малой атомной массы алюминия.

Воздействие на систему Al/Ti (dM - 2 мкм) КПП при Q - 13- 23 Дж/см2 приводит к формированию поверхностного слоя титана, легированного атомами алюминия с концентрацией от 3,1 до 0,5 ат.% соответственно (табл. 3.1). В результате кристаллизации расплава титана в присутствии атомов алюминия происходит образование твердого раствора на основе высокотемпературной фазы титана (3-Ti(Al), который в результате мартенситного перехода при скоростном охлаждении полностью переходит в твердый раствор на основе низкотемпературной фазы титана a-Ti(Al) (рис. 5.23) [216, 217].

Диаграмма состояния системы Ti-Al [108]

Рис. 5.22. Диаграмма состояния системы Ti-Al [108]

Участки рентгенограмм системы Al/Ti, обработанной КПП в атмосфере азота при Q=3 Дж/см (/), Q= 19 Дж/см (2) и Q = 23 Дж/см (3)

Рис. 5.23. Участки рентгенограмм системы Al/Ti, обработанной КПП в атмосфере азота при Q=3 Дж/см2 (/), Q= 19 Дж/см2 (2) и Q = 23 Дж/см2 (3)

Так как размер атомов алюминия (гд) = 0,143 нм) меньше размера атомов титана (гт. = 0,146 нм) [122], параметры решетки твердого раствора a-Ti(Al), формирующегося по типу замещения, ниже, чем у нелегированного титана. Об этом свидетельствует смещение дифракционных линий твердого раствора a-Ti(Al) в сторону больших углов дифракции (рис. 5.23).

При плотности поглощенной энергии КПП 13 Дж/см2 средняя концентрация алюминия в легированном слое титана составляет 3,1 ат.% (табл. 3.1). С повышением Q до 23 Дж/см2 происходит снижение концентрации алюминия до 0,5 ат.%. С этим связано увеличение параметров решетки твердого раствора a-Ti(Al) от 0,2926 до 0,2932 нм (параметр а) и от 0,4697 до 0,4716 нм (параметр с), приближаясь при этом к соответствующим параметрам нелегированного титана (рис. 5.24). Параметр гексагональности (с/а) решетки твердого раствора a-Ti(Al) составляет 1,61 для концентрационного диапазона алюминия 0,5-3,1 ат.%.

Согласно равновесной диаграмме состояния системы Al-Ti, в ней возможно формирование интерметаллидов Ti3Al, TiAl и TiAl3 [108, 216, 217], наличие которых в данной системе методом РСА не выявлено.

Зависимость параметров решетки {а и с) твердого раствора a-Ti(Al) от плотности поглощенной энергии КПП

Рис. 5.24. Зависимость параметров решетки и с) твердого раствора a-Ti(Al) от плотности поглощенной энергии КПП

Образование интерметаллида с минимальным содержанием алюминия Ti3Al (а2-фаза) происходит при концентрации алюминия ~10 ат.%. При легировании поверхностного слоя титана атомами алюминия в результате воздействия КПП при Q = 13- 23 Дж/см2 максимальное содержание алюминия, достигаемое при плотности энергии 13 Дж/см2, составляет 3,1 ат.%, что является недостаточным для формирования интерметаллидных соединений.

Насыщение атомами азота поверхностного слоя системы Al/Ti в результате воздействия КПП имеет некоторые особенности по сравнению с другими использованными легирующими элементами. Испарение алюминия, обладающего относительно низкой температурой плавления, происходит раньше начала плавления титана. В результате этого к моменту расплавления титана ударно-сжатый слой в приповерхностной области, представляющий собой преимущественно продукты испарения алюминия, препятствует проникновению атомов азота в расплав, что и обусловливает отсутствие поверхностного нитридного слоя S-TiKL

Диффузия азота осуществляется преимущественно после кристаллизации поверхностного слоя и приводит к образованию твердого раствора a-Ti(N), относительное содержание которого снижается при увеличении Q от 13 до 23 Дж/см2.

Таким образом, последовательность фазовых превращений в системе Al/Ti после воздействия КПП с плотностью поглощенной энергии 13-23 Дж/см2 выглядит следующим образом:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >