ГЛАВА 1. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АНОДНЫМ НАГРЕВОМ
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Костромской государственный университет»
(КГУ)
Институт физико-математических и естественных наук
Кафедра химии
Направление подготовки «04.03.01 Химия»
Влияние температуры обработки на коррозионное поведение борированного титанового сплава ВТ-6
Выпускная квалификационная работа
Исполнитель________________ Клычев Ыхлас Рахманович
(подпись) группа 13Хбо − 4.
Руководитель________________ Кусманов Сергей Александрович
(подпись) Кандидат химических наук, доцент
Кострома
2017
содержание
ВВЕДЕНИЕ.. 4
ГЛАВА 1. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АНОДНЫМ НАГРЕВОМ 6
1.1 Термическая обработка металлов и сплавов в водных электролитах. 6
1.2 Борирование металлов и сплавов методом химико-термической обработки 12
1.3 Особенности насыщения стали бором методом химико-термической обработки. 20
1.4 Особенности насыщения титана бором методом химико-термической обработки. 21
1.5 Особенности коррозионного поведения титана и его сплавов. 24
Выводы по главе 1. 29
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 30
|
|
|
2.1 Характеристика образцов и электролита для борирования титана ВТ6 30
2.2 Описание работы на установке для экспериментальной химико-термической обработки. 30
2.3 Методы измерения электрических и тепловых характеристик. 31
2.4 Методы исследования структуры и поверхностных свойств. 32
2.5 Методы исследования коррозионных свойств обработанной поверхности 32
Выводы по главе 2. 34
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 35
Выводы по главе 3. 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 43
Введение
Титан и сплавы на его основе, имея малую плотность, высокие механические свойства и удельную прочность, обладаю высокой коррозионной стойкостью (сопротивление межкристаллитной, щелевой и другим видам коррозии). Недостатками титановых сплавов является их активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости, низкая окалиностойкость ~550-600 оС.
Азот, углерод, кислород и водород даже в малых количества сильно упрочняют титан, но упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, ухудшают свариваемость.
Без упрочнения сплавы титана обладают низкой износостойкостью и склонностью к налипанию и образованию задиров при работе в узлах трения. Легирование титана и термическая обработка титановых сплавов существенно не изменяют их износостойкости. Поэтому для повышения эксплуатационных свойств сплавов титана перспективными процессами его упрочнения является химико-термическая обработка.
|
|
|
Титан и его сплавы плохо обрабатываются на станках, удовлетворительно – давлением. Отливки из указанных сплавов рекомендуется получать в вакууме, используя вакуумно-дуговой переплав.
Титан имеет две аллотропические формы: низкотемпературную – α-титан до 882 оС с решеткой ГПУ и высокотемпературную – β-титан с ОЦК-решеткой.
По технологии производства титановые сплавы классифицируют на деформируемые, литейные и порошковые; по физико-химическим и механическим – высокой прочности, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные и коррозионностойкие.
Титановые сплавы находят широкое применение благодаря более низкому весу, прочности, сравнимой со сталью, и коррозионной стойкости, в некоторых случаях, превышающую стойкость специальных нержавеющих сталей в различных агрессивных средах. Однако, в некоторых случаях помимо коррозионной стойкости необходимо наличие специальных свойств, например, высокой тепло- и электропроводности, которые у титана ниже, чем у сталей. Наиболее перспективным материалом, имеющим высокие показатели твердости, коррозионной и износостойкости, тепло- и электропроводности являются бориды титана. Так, электропроводность диборида титана (TiB2) более чем в 5 раз превышает электропроводность чистого титана, а его теплопроводность при температуре 600 °С и более – в 3–3,5 раза выше. Наиболее часто применяемые способы получения боридов титана в отечественной промышленности и науке – плазменный [1] и химико-термическая обработка (ХТО) в расплавах [2]. Каждый из этих способов имеет недостатки. При плазменном способе получение монолитного покрытия на титановых деталях невозможно, а при ХТО в расплавах имеются сложности с обработкой деталей сложной формы и последующая их отмывка от остатков расплава, кроме того, высокая активность титана требует применения защитных сред для изоляции титановых заготовок от атмосферы в процессе получения покрытия.
|
|
|
Однако относительно невысокая износостойкость титана и его сплавов зачастую ограничивает область их практического использования. Повышение износостойкости титана за счет объемного легирования не всегда возможно или не выгодно. Поэтому наиболее перспективным является поверхностное упрочнение титана и его сплавов, в том числе путем диффузионного насыщения и создания диффузионных покрытий методами химико-термической обработки [3, 6, 8, 9]. Одним из наиболее эффективных способов упрочняющей химико-термической обработки титановых сплавов является борирование [8, 9]. Однако широкое применение борирования титана, в частности жидкостного безэлектролизного борирования, несколько сдерживается из-за недостаточной изученности процессов насыщения титана и его сплавов в расплавах для борирования, а также несовпадения и даже противоречивости информации взаимосвязях между параметрами обработки со структурно-фазовым состоянием поверхности титана после насыщения [10].
|
|
|
Известно, что титан и бор обладают неограниченной растворимостью в
жидком состоянии, а при кристаллизации образуется сложная система промежуточных фаз со стороны титана. Достоверно установлено, что в системе титан-бор могут образовываться следующие фазы: Ti2B, TiB, Ti3B4, TiB2, Ti2B5, TiB12, а также TiB~25, TiB~55, TiB~100, существование которых установлено относительно недавно [15–18]. Из приведенного ряда фаз самыми устойчивыми являются бориды TiB и TiB2, а их свойства в настоящее время изучены наиболее полно [19–21]. Не до конца выяснена растворимость бора в титане в твердом состоянии. В основном, ее считают незначительной (до 0,02 масс. %), а образующаяся в результате структура аналогична структуре титана. Бор слабо влияет на температуру полиморфного превращения. Растворение бора в титане незначительно (0,003–0,005 масс. %) и препятствует значительному росту зерна титана при нагреве [22].
Борирование титана в расплаве по сравнению с борированием в порошковых смесях гарантирует получение равномерного диффузионного слоя для деталей сложной геометрии, к тому же обладает технологическими преимуществами в виде простоты контроля процесса и возможностью непрерывной обработки [6]. Кроме того, обработкой в расплаве можно обеспечить полное отсутствие окисления титана за счет введения специальных добавок.
Целью работы:выявление эффективности насыщения поверхности титана ВТ-6 в водном электролите на основе борной кислоты и хлорида аммония при анодной электролитно-плазменной обработке.
Решаемые задачи:
· Проанализировать физико-химические основы анодного нагрева, рассмотреть технологию насыщения на примере железа, а также химические и электрохимические процессы, протекающие на поверхности образца-анода, в растворе электролита и парогазовой оболочке.
· Произвести электрохимико-термическую обработку образцов из титана ВТ-6 в водном электролите на основе борной кислоты и хлорида аммония.
· Исследовать коррозионные свойства обработанной поверхности титана ВТ-6 и сопоставить экспериментальные данные.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы
Первая глава работы посвящена обзору основ термической обработки металлов и сплавов, а также изучению специфики борирования титановых изделий различными методами.
Во второй главе представлены методы и материалы необходимые для обработки образцов из титанового сплава ВТ6, изучения их микроструктуры и поверхностных свойств.
В третьей главе представлены результаты исследования, описывающие структуру материала после насыщения при различных температурах в водном электролите и основные свойства поверхности, такие как микротвердость, шероховатость, коррозионная стойкость.
ГЛАВА 1. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АНОДНЫМ НАГРЕВОМ
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 401; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!