Главная » 2014»Сентябрь»24 » Скачать Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6. Пешков, Алексей Владимирович бесплатно
0:34 AM
Скачать Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6. Пешков, Алексей Владимирович бесплатно
Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6
Диссертация
Автор: Пешков, Алексей Владимирович
Название: Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6
Справка: Пешков, Алексей Владимирович. Термическая обработка в смеси аргона с азотом тонкостенных оболочковых конструкций из сплава ВТ6 : диссертация кандидата технических наук : 05.16.01 Воронеж, 2006 179 c. : 61 07-5/2085
Объем: 179 стр.
Информация: Воронеж, 2006
Содержание:
Введение
1 Состояние вопроса и формирование задач исследования
11 Титановый теплообменник, его конструкция, способ изготовления
12 Взаимодействие титана с азотом
13 Поведение газов в контактном зазоре при нагреве
14 Процессы, протекающие в контакте титана со сталью при термообработке
141 Изменение толщины оксидов
142 Схватывание титана со сталью
143 Образование твердых растворов, химических соединений и интерметаллидов
15 Влияние примесей на служебные свойства титана
151 Влияние примесей, равномерно распределенных в объеме титана, на его свойства
152 Влияние диффузионных слоев и поверхностных пленок на свойства титана
16 Цель и задачи исследований
2: Методики проведения исследований
21 Материалы
22 Методики структурных исследований
221 Измерение микротвёрдости
222 Оптическая и растровая электронная микроскопия
223 Рентгеноструктурный и спектральный анализы
23 Определение глубины диффузионных слоёв на поверхности титана
24 Определение глубины охрупченной части диффузионного слоя на поверхности титана
25 Механические испытания
26 Коррозионные испытания
27 Установки и оборудование
28 Обработка результатов экспериментальных исследований
3 Анализ процесса изменения состава газовой смеси в контактном зазоре между титановой оболочкой и стальной технологической оснасткой при термообработке
31 Оценка величины зазора между теплообменником и оснасткой при сборке для термообработки
32 Построение физико - математической модели
33 Численный анализ полученных зависимостей
34 Экспериментальная проверка результатов теоретического анализа
35 Результаты и выводы
4 Взаимодействие сплава ВТ6 с азотом при термообработке в газовой смеси аргона с азотом и влияние этого процесса на служебные свойства сплава
41 Влияние парциального давления азота в смеси с аргоном на состояние поверхности и приповерхностных слоев титана
42 Кинетика взаимодействия сплава ВТ6 с азотом при термообработке в газовой смеси аргона (99 %) с азотом (1,0 %)
421 Кинетика роста нитридов
422 Кинетика роста охрупченных слоев
423 Кинетика роста газонасыщенных слоев
43 Высокотемпературная ползучесть сплава ВТ6
431 Ползучесть в среде аргона
432 Ползучесть в газовой смеси аргона с азотом
44 Влияние термообработки сплава ВТ6 в смеси аргона с азотом на его механические свойства
45 Результаты и выводы
5 Взаимодействие сплава ВТ6 со стальной оснасткой при термообработке и влияние этого процесса на служебные свойства титана
51 Кинетика образования охрупченных слоев на поверхности сплава ВТ6 при его контактном взаимодействии со сталью 30
511 Взаимодействие титана со сталью в первом термическом цикле
512 Взаимодействие титана со сталью в четвёртом термическом цикле
52 Влияние процесса высокотемпературного взаимодействия сплава ВТ6 со сталью 30 на его служебные свойства
521 Повторно - статическая выносливость сплава ВТ6
522 Коррозионная стойкость сплава ВТ6
53 Разработка процесса твёрдофазного азотирования титана
531 Анализ процесса взаимодействия титана с азотированной сталью
532 Кинетика роста охрупченных слоёв на сплаве ВТ6 при его термообработке в контакте с азотированной сталью
533 Влияние охрупченных слоёв, образующихся на титане при контактном взаимодействии с азотированной сталью, на его повторно - статическую выносливость
54 Повышение циклической долговечности аргона с азотом сплава ВТ6, азотированного в смеси аргона с азотом
541 Повышение циклической выносливости восстановительным отжигом
542 Повышение циклической выносливости химическим стравливанием поверхностных слоёв
55 Результаты и выводы
Использование газовой смеси аргона с азотом при диффузионной сварке оболочек теплообменника из сплава ВТ6
Введение:
Актуальность темы. Титановые тонкостенные оболочковые конструкции, используемые в качестве теплообменников в энергетических установках, представляют собой усеченный конус с толщиной стенки 3,8 мм, в которой расположены тракты охлаждения высотой 2 мм. Для получения таких конструкций перспективна комбинированная обработка в смеси аргона с азотом, представляющая собой сочетание двух одновременно протекающих технологических процессов: азотирования и диффузионного соединения коаксиально собранных оболочек - внутренней, толщиной 3 мм с оребренной стенкой, и наружной, толщиной 0,8 мм с гладкой поверхностью.
При этом газовая смесь аргона с азотом выполняет две функции: повышение за счет азотирования сопротивления высокотемпературной деформации оболочек для уменьшения их прогибов на неподкрепленных межреберных участках; создание давления на поверхность соединяемых оболочек для развития процесса диффузионного соединения.
В литературе сообщается о перспективности процесса химико-термической обработки титана в газовой смеси аргона с азотом, но данных о кинетике развития этого процесса и его влиянии на сопротивление высокотемпературной деформации и свойства титана практически нет.
При изготовлении крупногабаритных тонкостепных конструкций оживальной формы для сохранения их макрогеометрии при термообработке необходимо использовать оснастку в виде посадочного места, наружный профиль которого повторяет внутренний профиль конструкции. Для изготовления оснастки используется сталь, как наиболее доступный и дешевый материал.
В контактном зазоре при нагреве между изделием и оснасткой может создаваться «микроклимат» и процесс азотирования на этих участках развиваться не будет, т.е. конструкция может быть «неравнопрочной» по своим свойствам.
Поэтому разработка процесса азотирования титановых оболочковых конструкций является актуальной задачей, в основе решения которой лежит исследование закономерностей азотирования титана в газовой смеси аргона с азотом и анализ процессов, протекающих в контакте изделия с технологической оснасткой.
Цель работы - разработка процесса термической обработки в смеси аргона с азотом титановых оболочковых конструкций из сплава ВТ6, обеспечивающего повышение их качества и служебных свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ процесса изменения состава газовой смеси в контактном зазоре между титановым теплообменником и стальной технологической оснасткой при высокотемпературной термообработке; исследовать процесс азотирования в газовой смеси аргона с азотом сплава ВТ6 и влияние азотирования на его высокотемпературную ползучесть и служебные свойства; исследовать процесс контактного взаимодействия титана со сталью в условиях термообработки и влияние этого процесса на служебные свойства сплава ВТ6; разработать процесс азотирования поверхностей титановых изделий, находящихся при термической обработке в контакте со стальной оснасткой; исследовать возможность повышения выносливости при повторно-статических испытаниях азотированного сплава ВТ6.
Объект исследования: процесс термической обработки в смеси аргона с азотом крупногабаритных оболочковых конструкций из сплава ВТ6 с использованием стальной технологической оснастки.
Научная новизна
• Установлено, что при термической обработке сплава ВТ6 в газовой смеси аргона с азотом в интервале температур 900-1000 "С рост нитридных слоев подчиняется логарифмическому закону, а газонасыщенных и охрупченных слоев - параболическому закону.
• Показано, что при испытаниях на ползучесть использование в качестве защитной среды вместо аргона его смеси с азотом повышает сопротивление высокотемпературной деформации сплава ВТ6, при этом если ползучесть в среде аргона осуществлялась по механизму вязкого течения, то в смеси аргона с азотом - движением дислокаций и их взаимодействием с поверхностью титана, заблокированной нитридами.
• Установлено, что при термообработке процесс контактного взаимодействия сплава ВТ6 со сталью 30 (при ее многоразовом использовании) сопровождается образованием на поверхности титана карбидов после первых термических циклов, а при увеличении числа циклов до 4 и более в зоне контакта образуются интерметалл иды и развивается процесс схватывания; при этом образование карбидов контролируется диффузией углерода в слое карбида, а формирование интерметаллидов -диффузией железа в слое, содержащем интерметаллиды.
• Сформирован и обоснован принцип азотирования поверхностей титановых конструкций, находящихся при термообработке в контакте со стальной оснасткой, заключающийся в использовании оснастки, предварительно насыщенной азотом.
Практическая ценность Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований явились основой новых технологических решений в области получения титановых тонкостенных оболочковых конструкций.
• Получены выражения и номограммы, позволяющие прогнозировать влияние технологических параметров на распространение фронта газовой смеси с исходной концентрацией азота в контактном зазоре между титановым изделием и стальной технологической оснасткой.
• Па основании экспериментальных данных получены зависимости, позволяющие анализировать влияние температуры и длительности термообработки в газовой смеси аргона с азотом на толщину образующихся на поверхности сплава ВТ6 нитридов, газонасыщенных и охрупченных слоев.
• Получены номограммы, позволяющие анализировать степень снижения накопленной деформации в условиях высокотемпературной ползучести сплава ВТ6 за счет применения в качестве защитной среды вместо аргона его смеси с азотом.
При анализе влияния газонасыщенных и диффузионных поверхностных слоев на сплаве ВТ6 на его служебные свойства целесообразно использовать в качестве интегральной характеристики состояния поверхностных слоев глубину их охрупченной части - 5()чр.
• Установлено, что для восстановления циклической выносливости азотированного сплава ВТ6 до уровня основного материала достаточно удалить поверхностный слой толщиной равной (2,1 - 2,3) 80Хр, а для достижения уровня повторно-статической выносливости, превышающей уровень выносливости основного металла на 15 - 20 %, необходимо удалить слой толщиной равной (2,7 - 2,9) 5охр.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается достаточно хорошим совпадением экспериментальных данных и теоретических расчётов, систематическим характером экспериментальных исследований, использованием методов математической статистики при обработке результатов, использованием независимых дублирующих экспериментальных методов, а также практическим использованием полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Повышение эффективности сварочного производства» (Липецк, 1996); XII и XIII Российских научно - технических конференциях «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2005 и 2006, соответственно); 5-ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаливаемые материалы и покрытия» (г. Москва, 2006).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 14 печатных работ, основные научные положения и результаты работы изложены в центральных российских изданиях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы, библиографического списка из 135 наименований. Работа изложена на 177 страницах, содержит 91 иллюстрацию и 5 таблиц.
