Сравнительный анализ структуры и свойств поверхностей титанового сплава ВТ 1-0 после электро-плазменного борирования
Сравнительный анализ микроструктуры, морфологии и элементного состава, диффузионных боридных покрытий на титане марки ВТ 1-0, полученных насыщением из обмазок
Установлено, что толщина диффузионного покрытия, полученного насыщением из двухслойной обмазки, примерно соответствует толщине покрытия, полученного в однослойной обмазке (52 и 49 мкм соответственно). Однако концентрация диффундирующих элементов и фазовый состав покрытий существенно различаются в зависимости от химического состава насыщающих сред. Исследования показали, что при изменении химического состава насыщающей среды, структура диффузионного покрытия изменяется. В первом случае насыщения из обмазки, содержащей подслой аморфного бора, боридный слой имеет ярко выраженное однофазное строение и по результатам рентгенофазового анализа, представляет борид Ti2B5. Во втором случае (насыщение из однослойной обмазки, содержащей в качестве борирующего агента карбид бора) покрытие имеет двухфазное строение и поданным рентгеноструктурного анализа, верхняя часть покрытия толщиной 14–17 мкм соответствует бориду Ti2B5, а нижняя часть представлена боридом TiB.
Таким образом показана возможность получения упрочняющих боридных слоев на титановом сплаве ВТ 1–0 из насыщающих обмазок на основе аморфного бора и многокомпонентных смесей на основе карбида бора. Установлено, что в условиях насыщения титана из обмазок процессы диффузии идут достаточно интенсивно и формируются покрытия толщиной 40–50 мкм.
|
|
|
Сравнительный анализ микроструктуры, морфологии и элементного состава, диффузионных боридных покрытий на титане марки ВТ 1-0, полученных насыщением из расплава
После диффузионного насыщения в течение 1 ч на поверхности сплава ВТ 1-0 формируется сплошной монофазный слой толщиной до 20 мкм, выраженная переходная зона между сформировавшимся слоем и основным материалом отсутствует (рисунок 1.4 а). Граница между сформировавшимся диффузионным слоем и основным материалом не отличается от основного материала размытостью рельефа и двойниковой структурой. Характер микроструктуры с учетом времени выдержки и значения истинной микротвердости (таблица 1.1), рассчитанные для образцов после борирования в течение 1 ч, указывают на формирование на поверхности слоя моноборида титана TiB.
После диффузионного насыщения в течение 2 ч на поверхности сплава ВТ 1-0 формируется диффузионный слой общей толщиной до 55 мкм. Диффузионный слой отличается наличием выраженной межфазной границы, что говорит о появлении как минимум двух боридов титана (рисунок 1.4 б). Рассчитанные значения истинной микротвердости указывают на формирование на поверхности поверх моноборида титана TiB диборида TiB2 толщиной до 15–17 мкм. Под зоной боридов располагается переходная зона повышенной травимости (≅ 10–12 мкм), представляющая собой α-твердый раствор бора в титане с включениями TiB, микротвердость 2300–2500 МПа. На границе между диффузионным слоем и основным материалов наблюдается значительное количество двойников (рисунок 1.4 в), которые характерны для технического титана [24]. И, хотя точечные включения фазы TiB не мешают распространению двойников, в переходной зоне происходит ограничение двойникования из-за измельчений структуры и скопление двойников. В самом диффузионном слое двойников не наблюдалось, что указывает на его однородность. Балл макроструктуры (ГОСТ р26492) образцов сплава ВТ 1-0 насыщения в расплаве при 900 °C в течение 2 ч изменился с 2 до 3. При этом можно наблюдать более тонкую структуру вблизи переходной зоны переходной зоне между основой и диффузионным слоем, что, по-видимому, объясняется торможением роста кристаллитов за счет скопления бора по границам зерен и растворения бора в α-Ti. Перекристаллизованная структура глобулярно-волокнистая. Можно утверждать, что перекристаллизация насыщения в течение 2 ч прошла более полно, так как температура насыщения лежит на границе температурного интервала полиморфного превращения для сплава ВТ 1-0 – 885-900 оС [25].
|
|
|
|
|
|
Таблица 1. Микротвердость поверхности борированных образцов
| Вид обработки | Значение микротвердости при нагрузке 1 Н, Н1, ГПа | Значение микротвердости при нагрузке 2 Н, Н2, ГПа | Истинная микротвердость, Нист., ГПа |
| Борирование 900 оС, 1 ч | 11,2 | 5,4 | 23,2 |
| Борирование 900 оС, 2 ч | 15,3 | 7,6 | 30,8 |
а)
б)
в)
Рисунок 1.4 – Микроструктуры диффузионного слоя на сплаве ВТ 1-0 после борирования в расплаве 900 °C, а) 1 ч, б) 2 ч и переходной зоны в) после борирования 900 °C, 2 ч
Результаты рентгеноструктурного фазового анализа [26] образцов сплава ВТ 1-0 после борирования в течение 2 ч, подтверждают наличие нескольких фаз в диффузионном слое на α-Ti: TiB и TiB2 и хорошо согласуются с литературными данными о двухфазной структуре титана после борирования в различных насыщающих средах [27–30]. Присутствие фазы β-Ti не установлено.
Стоит отметить, что при увеличении времени диффузионного насыщения в расплаве в 2 раза (с 1 до 2 ч), толщина диффузионного слоя увеличивается более чем в 2,7 раза. Образцы с диффузионным слоем имеют высокое качество поверхности, геометрия образцов после обработки в расплаве полностью сохраняется. Формирование на поверхности сплава ВТ 1-0 диборида титана, подтверждающееся рентгеноструктурным фазовым анализом и значениями микротвердости, позволяет ожидать повышения износостойкости поверхности по сравнению с неупрочненными образцами в 6–8 раз [8, 13], модуля упругости в 2–3 раза [13], повышения жаростойкости вплоть до 700–800 °C [13, 31].
|
|
|
При исследовании структурно-фазового состояния поверхности сплава ВТ 1-0 после борирования в расплаве на основе тетрабората натрия установлено, что диффузионное насыщение при температуре 900 °C в течение 2 ч формирует на поверхности сплава ВТ 1-0 диффузионный слой общей толщиной до 55 микрон. Образующийся диффузионный слой состоит из зоны боридов, включающей низкобористую TiB и высокобористую TiB2 фазы, и переходной зоны, представляющей собой α-твердый раствор бора в титане с включениями TiB. Истинная микротвердость поверхности после борирования в течение 1 ч составила 23,2 ГПа, после 2 ч – 30,8 ГПа что согласуется с литературными данными о значениях твердости боридов TiB на уровне 27–28 ГПа и TiB2 на уровне 33–34 ГПа с учетом разницы, обусловленной некоторой пористостью полученных боридных слоев.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 522; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!