Микротвердость титана после воздействия компрессионными плазменными потоками

Ряд структурных изменений, происходящих в поверхностном слое титана, обусловленных скоростной кристаллизацией и последующим мартенситным превращением после воздействия КПП, определяет его механические свойства, в частности микротвердость [221].

Микротвердость поверхностных слоев титана определялась по методике Виккерса на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузках 0,05-0,10 Н, обеспечивающих глубину проникновения индентора от 1 до 5 мкм, оставаясь при этом в модифицированном слое.

В случае воздействия на титан КПП при Q = 19 Дж/см2 микротвердость поверхностного слоя толщиной 1-2 мкм достигает 4,8 ГПа, в то время как при Q = 35 Дж/см2 становится равной 3,4 ГПа (рис. 6.1). При глубине индентирования 4-5 мкм микротвердость составляет 2,8 ГПа (при Q = 19 Дж/см2) и 2,5 ГПа (при 0 = 35 Дж/см2).

Упрочнение поверхностного слоя титана в результате его обработки КПП обусловлено увеличением его предела текучести [221].

Одним из наиболее вероятных механизмов упрочнения поверхностного слоя титана после воздействия КПП при Q = 13- 35 Дж/см2 является зернограничный механизм [70, 223], связанный с диспергированием структуры. Так, в результате скоростной кристаллизации (~107 К/с) расплава титана после воздействия КПП при Q = 13-35 Дж/см2 происходит формирование микрокристаллической структуры со средним размером зерен 200-300 нм, что было обнаружено с помощью РЭМ. В этом случае увеличивается объемное содержание межзеренных границ, в которых за счет нарушения периодичности структуры формируются локальные области повышенных механических напряжений, препятствующих движению дислокаций между отдельными зернами в процессе пластической деформации. Увеличение предела текучести модифицированного слоя, обусловливающее его упрочнение за счет зернограничного механизма, описывается экспериментально установленным законом Холла-Петча [224].

Микротвердость поверхностного слоя титана, обработанного КПП при 0=19 Дж/см (/) и Q = 35 Дж/см (2)

Рис. 6.1. Микротвердость поверхностного слоя титана, обработанного КПП при 0=19 Дж/см2 (/) и Q = 35 Дж/см2 (2)

Помимо формирования мелкокристаллической структуры закристаллизовавшегося слоя титана после воздействия КПП его упрочнение может достигаться также за счет действия дислокационного механизма [221, 225, 226], связанного с повышением плотности дислокаций. Рост плотности дислокаций приводит к взаимодействию полей упругих деформаций каждой отдельной дислокации, что также препятствует их передвижению в процессе пластической деформации.

Согласно [225], воздействие на титан сильноточных электронных пучков при Q = 15-30 Дж/см2 и длительности импульса от 50 до 200 мкс, обеспечивающее такие же, как и для случая воздействия КПП, скорости охлаждения расплавленного слоя, приводит к повышению плотности дислокаций в его поверхностном слое до 2 • 1010 см-2. Причиной этому служат развивающиеся в поверхностном слое термоупругие напряжения, величина которых достигает 0,5 ГПа. В [227] было продемонстрировано, что в результате воздействия сильноточных электронных пучков, а также высокоинтенсивных короткоимпульсных ионных пучков на материалы в модифицированном слое формируется сложное распределение дислокаций, максимальное значение плотности которых достигается непосредственно в приповерхностном слое. С этим, по-видимому, связано увеличение микротвердости титана после воздействия КПП при Q = 13-35 Дж/см2 в слое до 2 мкм по сравнению с микротвердостью на глубине до 5 мкм (рис. 6.1).

Кроме зернограничного и дислокационного механизмов упрочнения на значение микротвердости поверхностного слоя титана, обработанного КПП в атмосфере азота, оказывает влияние формирование поверхностного нитрида 5-TiNx и твердого раствора a-Ti(N). Согласно [228], микротвердость нестехиометрического нитрида титана 8-TiN^ с содержанием азота около 40 ат.% достигает 17 ГПа. Полученные более низкие значения микротвердости нитридного слоя объясняются его малой толщиной (около 300 нм), ниже которого располагается слой твердого раствора a-Ti(N) с меньшим значением микротвердости. Ввиду того что глубина проникновения индентора превосходит толщину сформированного нитрида, значение микротвердости представляет собой среднее значение микротвердости нитрида 8-TiNv и нижележащего твердого раствора a-Ti(N) [229].

Снижение микротвердости с увеличением Q от 19 до 35 Дж/см2 (рис. 6.1) при глубине индентирования до 2,5 мкм обусловлено уменьшением глубины азотированного слоя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >