Исследование неравновесных фаз, образующихся при сварке взрывом титана и алюминия

Исследование неравновесных фаз, образующихся при сварке взрывом титана и алюминия

Автор: Носков Ф.М., Квеглис Л.И., Мали В.И., Лесков М.Б., Захарова Е.В.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 1 т.18, 2017 года.

Бесплатный доступ

Представлено исследование физико-химических процессов, происходящих в зоне контакта титана и алюминия при совместной пластической деформации, вызванной сваркой взрывом. Один из наиболее эффективных путей решения задач материаловедения заключается в разработке композиционных материалов. Важным достоинством материалов, используемых в летательных аппаратах, является их малая плотность, обеспечивающая возможность получать в итоге композиты с высоким уровнем удельной прочности. Данное исследование способствует разработке композитных материалов на основе Ti-Al, которые могут быть использованы для изготовления лопаток газовых турбин, пустотелых и ребристых сварных конструкций для авиационной промышленности. Сварка взрывом представляет собой высокоэнергетический технологический процесс, позволяющий с высоким качеством соединять разнородные металлические материалы, в том числе различные комбинации материалов, используемых для композитов металл-интерметаллид. Система Ti-Al исследована достаточно широко, однако остается ряд неясных вопросов, а именно, какие интерметаллидные фазы могут образоваться при сварке взрывом. Условия образования ряда интерметаллидных фаз Ti-Al: Al5Ti2, Al11Ti5, Al2Ti, AlTi3, Al3Ti, среди которых в рамках одной формульной единицы могут быть реализованы различные типы структур (стабильные, метастабильные, виртуальные). В процессе механохимических реакций в зоне контакта титана и алюминия при сварке взрывом формируются неравновесные интерметаллические фазы: Al2Ti, Al5Ti3, Ti3,3Al. Для исследования структуры переходных зон полученных образцов использовали сканирующий электронный микроскоп JEOL 6390LV. Фазовый анализ проводили на рентгеновском дифрактометре фирмы Bruker в излучении меди. Показано, что массоперенос титана в алюминий происходит направленными потоками атомных кластеров со скоростью не менее 35 м/с. В зоне контакта Ti и Al формируются интерметаллические фазы в процессе механохимических реакций, протекающих на интерфейсе. Процессы структурообразования при сварке взрывом объясняются с позиций аномально быстрого направленного массопереноса в условиях напряжений, создающих кривизну кристаллической решетки.

Еще

Сварка взрывом, массоперенос, механохимия, интерметаллидные фазы, кривизна кристаллической решетки

Короткий адрес: https://sciup.org/148177679

IDR: 148177679

Список литературы Исследование неравновесных фаз, образующихся при сварке взрывом титана и алюминия

  • Бадамшин И. Х., Кусова О. И. Температурная зависимость модуля упругости интерметаллидов TiAl и Ni3Al -основных компонентов сплавов лопаток газовых турбин//Вестник УГАТУ. 2012. Т. 16, № 5(50). С. 41-43.
  • Диффузионная сварка слоистых титано-алюминевых панелей/Д. В. Пономарев //Вестник ВГТУ. 2008. Т. 4, № 10. С. 40-43.
  • Vecchio K. S. Synthetic multifunctional metallic-intermetallic laminate composites//JOM 2005. Vol. 57(3). P. 25-31 DOI: 10.1007/s11837-005-0229-4
  • Structural and mechanical properties of metallic-intermetallic laminate composites produced by explosive welding and annealing/I. A. Bataev //Materials & Design. 2012. Vol. 35. P. 225-234. org/10.1016/j.matdes.2011.09.030 DOI: http://dx.doi
  • Гуськов М. С. Создание высокопрочного композиционного материала «титан-алюминий» с перфорированным интерметаллическим слоем и оксидо-керамическим покрытием: дис. … канд. техн. наук/Пензенский государственный университет. Пенза, 2015. 151 с.
  • Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск: Наука. 1980. 188 c.
  • Harach D. J., Vecchio K. S. Microstructure evolution in metal-intermetallic laminate (MIL) composites synthesized by reactive foil sintering in air//Metal Mater Trans. 2001. Vol. 32A. P. 1493-505. DOI: 10.1007/s11661-001-0237-0.
  • Бычков В. М., Селиванов А. С. Исследование свариваемости жаропрочного никелевого сплава ЭП742 методом линейной сварки трением//Вестник УГАТУ. 2012. Т. 16, № 7(52). С. 112-116.
  • Особенности пластической деформации металла околошовной зоны при сварке взрывом разнородных металлов/С. В. Кузьмин //Известия ВолгГТУ. 2010. Т. 5, № 4. С. 4-11.
  • Панин В. Е., Гриняев Ю. В. Физическая мезомеханика -новая парадигма на стыке физики и механики деформируемого твердого тела//Физическая мезомеханика. 2003. Т. 6, No. 4. С. 9-36.
  • Зельдович Я. Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматлит, 2008. 656 с.
  • Panin V. E., Egorushkin V. E. Curvature. Solitons as generalized structural wave carriers of plastic deformation and fracture//Physical Mesomechanics. 2013. Vol. 16, iss. 4. P. 267-286. DOI: 10.1134/S1029959913040012.
  • Ениколопов Е. С. Влияние высокого давления со сдвигом на химические реакции//Международный симпозиум по химической физике: сб. материалов. Черноголовка: Изд-во Отдела химической физики, 1981. С. 83.
  • Dremin A. N., Breusov O. N. Processes Occurring in Solids Under the Action of Powerful Shock Waves//RUSS CHEM REV. 1968. Vol. 37, № 5. P. 392-402 DOI: 10.1070/RC1968v037n05ABEH001643
  • Ghosh G., Asta M. First-principles calculation of structural energetics of Al-TM (TM = Ti, Zr, Hf) intermetallics//Acta Materialia. 2005. Vol. 53. Р. 3225-3252 DOI: 10.1016/j.actamat.2005.03.028
  • Formation of the intermetallic layers in Ti-Al multilayer composites/V. I. Mali //Advanced Materials Research. 2011. Vol. 311-313. P. 236-239. DOI 10.4028/www.scientific.net/AMR.311-313.236.
  • Бокштейн Б. С. Диффузия в металлах. М.: Металлургия,1978. 248 с.
  • Лариков Л. Н., Исайчев В. И. Структура и свойства металлов и сплавов. Диффузия в металлах и сплавах. Киев: Наукова думка, 1987. 510 c.
  • Зворыкин Л. О. Особенности массопереноса в металлах и сплавах при прохождении ударных волн: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Киев: Ин-т металлофизики АН Украины, 1994. 240 с.
  • Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ. В 3 т. М.: Машиностроение, 1996. 992 с.
  • Molecular dynamics study of structural transformations of cylindrical nanopores in gold under thermal activation conditions and under the action of acoustic and shock waves/A. V. Markidonov //Physics of the Solid State. 2015. Т. 57, № 8. P. 1551-1554 DOI: 10.1134/S106378341508017X
  • Meng X., Yanshu F., Xiaoshu Z. Quantitative characterization of morphology of explosive welding interfaces based on fractal theory//Explosion and Shock Waves. 2016. Vol. 36, iss. 1. P. 50-56. DOI: 10.11883/1001-1455(2016)01-0050-07.
  • Interface relief upon explosion welding: Splashes and waves/B. A. Greenberg //Physics of Metals and Metallography. 2015. Vol. 116, iss. 4. P. 367-377 DOI: 10.1134/S0031918X15040079
  • Fundamental Role of Crystal Structure Curvature in Plasticity and Strength of Solids/V. E. Panin //Phys. Mesomech. 2015. Vol. 18, No. 2. P. 89-99 DOI: 10.1134/S1029959915020010
  • Abnormally Fast Migration of Substance at Shock Loadings/R. B. Abylkalykova //Advanced Materials Research. 2014. Vol. 871. P. 231-234. /AMR.871.231 DOI: 10.4028/www.scientific.net
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp