Закономерности микроструктурных изменений в титановом сплаве ВТ6 при деформации и наводороживании
Объектом исследования являются образцы титанового сплава марки ВТ6 прокатанные до различных степеней деформации методом механической прокатки. Исследование дефектной структуры проводилось с использованием методов позитронной спектроскопии, которые могут определять тип и концентрацию дефектов, а также химическое окружение данных дефектов. Однако, для получения количественной и качественной оценки количества дефектов методами позитронной спектроскопии необходима дополнительная информация о базовых дефектах и их влиянии на характеристики позитронной аннигиляции.
Целью работы является анализ структурных изменений в титановом сплаве ВТ6 в зависимости от степени холоднокатаной пластической деформации и после наводороживания.
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 18
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И
СВОЙСТВА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ …………………………………………………… 20
1.1. Титан и сплавы на его основе………………………………………………………… 20
1.1.1. α-сплавы …………………………………………………………………………………. 24
1.1.2. α + β-сплавы ……………………………………………………………………………. 25
1.1.3. β-сплавы …………………………………………………………………………………. 25
1.2. Диаграмма фазовых состояний Ti–H……………………………………………… 26
1.3. Водородостойкость титана ……………………………………………………………. 28
1.4. Влияние водорода на механические характеристики титановых
сплавов …………………………………………………………………………………………………. 29
1.5. Взаимодействие титана с легирующими элементами …………………….. 30
1.6. Виды обработок сплавов на основе титана …………………………………….. 34
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………….. 35
2.1. Материал исследования ………………………………………………………………… 35
2.2. Получение образцов с различной степенью деформации с
использованием механического стана ……………………………………………………. 36
2.3. Оптическая микроскопия для исследования микроструктуры ………… 36
2.4. Исследование распределения микротвердости титанового сплава ВТ6
с использованием твердомера Виккерса KB 30S фирмы Pruftechnik GmbH37
2.5. Насыщение исследуемого материала из газовой среды с помощью
автоматизированного комплекса Gas Reaction Controller LPB фирмы
Advanced Material Corporation………………………………………………………………… 38
2.6. Проведение рентгеноструктурного анализа с использованием
дифрактометра Shimadzu XRD-7000S ……………………………………………………. 41
2.7. Проведение анализа электрон-позитронной аннигиляции для
исследования дефектной структуры титанового сплава ВТ6 с
использованием цифрового спектрометрического комплекса …………………. 42
2.8. Определение содержания водорода с помощью анализатора водорода
RHEN602 фирмы LECO ………………………………………………………………………… 44
ГЛАВА 3. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6
ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВАКУУМНОГО ОТЖИГА И
ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ …………………….. 47
3.1. Исследование микроструктуры титанового сплава ВТ6 после
высокотемпературного вакуумного отжига и холоднокатаной пластической
деформации …………………………………………………………………………………………… 47
3.2. Исследование распределения микротвердости в титановом сплаве
ВТ6 после высокотемпературного вакуумного отжига и холоднокатаной
пластической деформации …………………………………………………………………….. 52
3.3. Проведение рентгеноструктурного анализа титанового сплава ВТ6
после высокотемпературного вакуумного отжига и холоднокатаной
пластической деформации …………………………………………………………………….. 54
3.4. Проведение анализа электрон-позитронной аннигиляции для
исследования дефектной структуры титанового сплава ВТ6 после
высокотемпературного вакуумного отжига и холоднокатаной пластической
деформации …………………………………………………………………………………………… 60
3.4.1. Исследование временного и импульсного распределения
аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ6 после
высокотемпературного вакуумного отжига …………………………………………. 61
3.4.2. Исследование временного и импульсного распределения
аннигиляции позитронов в титановом сплаве ВТ6 после холоднокатаной
пластической деформации ………………………………………………………………….. 62
3.5. Вывод по главе 3 …………………………………………………………………………… 67
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВАКУУМНОГО
ОТЖИГА НА ДЕФЕКТНУЮ СТРУКТУРУ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 69
4.1. Исследование микроструктуры титанового сплава ВТ6 прокатанного
до 0,8% деформации после полного цикла высокотемпературного
вакуумного отжига ………………………………………………………………………………… 69
4.2. Исследование распределения микротвердости в титановом сплаве
ВТ6 прокатанного до 0,8% деформации после полного цикла
высокотемпературного вакуумного отжига ……………………………………………. 71
4.3. Проведение рентгеноструктурного анализа титанового сплава ВТ6
прокатанного до 0,8% деформации после полного цикла
высокотемпературного вакуумного отжига ……………………………………………. 71
4.4. Исследование временного и импульсного распределения аннигиляции
позитронов в титановом сплаве ВТ6прокатанного до 0,8% деформации
после полного цикла высокотемпературного вакуумного отжига …………… 76
4.5. Вывод по главе 4 …………………………………………………………………………… 79
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДОРОДА НА ДЕФЕКТНУЮ
СТРУКТУРУ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 …………………………………………… 81
5.1. Исследование микроструктуры титанового сплава ВТ6 после
холоднокатаной пластической деформации и насыщения из газовой среды
ГЛАВА 6. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ
И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ……………………………………………………………………… 82
6.1. Потенциальные потребители исследования ……………………………………… 82
6.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………. 83
6.3. SWOT-анализ ………………………………………………………………………………….. 85
6.4. Инициирование проекта …………………………………………………………………… 86
6.5. Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………….. 88
6.6. Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ……………………………………………………………………………………………. 89
6.6. План проекта …………………………………………………………………………………… 89
6.7. Бюджет научного исследования ……………………………………………………….. 92
6.6.1. Сырье, материалы, покупные изделия (за вычетом отходов) ……….. 94
6.6.2. Специальное оборудование для научных (экспериментальных)
работ 94
6.6.3. Основная заработная плата ………………………………………………………… 96
6.6.4. Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала ……………………………………………………………………………………………… 97
6.6.5. Отчисления на социальные нужды ……………………………………………… 98
6.6.6. Накладные расходы ……………………………………………………………………. 98
6.7. Реестер рисков проекта ……………………………………………………………………. 99
6.8. Определение сравнительной эффективности исследования ………………. 99
Выводы по главе 6 ………………………………………………………………………………….. 101
ГЛАВА 7. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………. 102
Введение……………………………………………………………………………………………… 102
7.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности . 102
7.2. Анализ вредных факторов …………………………………………………………… 105
7.2.1. Недостаточная освещенность рабочей зоны …………………………… 105
7.2.2. Превышение уровня шума …………………………………………………….. 109
7.2.3. Отклонение показателей микроклимата …………………………………. 111
7.2.4. Отклонение показателей электромагнитного излучения …………. 112
7.3. Анализ опасных факторов …………………………………………………………… 113
7.3.1. Повышенное значение напряжения в электрической цепи,
замыкание которой может произойти через тело человека ………………… 113
7.3.2. Повышенное содержание химических веществ в атмосфере
окружающей среды …………………………………………………………………………… 116
7.5. Организационные мероприятия обеспечения безопасности …………. 117
7.6. Охрана окружающей среды …………………………………………………………. 118
7.6.1. Пожарная безопасность …………………………………………………………. 120
Выводы по главе 7 ………………………………………………………………………………….. 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 123
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………….. 125
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 136
В настоящее время сплавы на основе титана представляют большой
интерес в качестве конструкционных материалов, так как данный сплав
обладает стойкостью к агрессивным средам.
Титановый сплав используется в различных отраслях
промышленности, из-за высокой механической прочности, коррозионной
стойкости и жаропрочности, а также малой плотностью [1]. Титан и сплавы
на его основе нашли своё широкое распространение в таких отраслях
промышленности как: ракетная и авиационная техника, химическая и
нефтегазовая промышленности [2, 3].
При эксплуатации титанового сплава в водородсодержащей среде
приводит к проникновению водорода в материал [4, 5]. Наводороживание
титанового сплава приводит к его охрупчиванию, появлению макротрещин, и
к деградации механических свойств [6 – 8].
Разработка новых и усовершенствование уже известных методов
анализа водорода и водородиндуцированных дефектов [7, 11, 12] является
актуальным при решении вопроса о влиянии водорода на свойства материала
и получении материалов с заданными свойствами при водородной обработке
[9, 10].
Также легирование титана различными элементами дает возможным
его эксплуатацию в различных условиях. Однако, остается актуальным
исследование влияния водорода на титановые сплавы, легированные
различными элементами и изучение их структуры. Легирование титана
различными элементами дает возможным получение разного типа структур,
что в свою очередь оказывает различное влияние на взаимодействие
титанового сплава с водородом.
Принимая во внимание все вышесказанное, целью настоящей
работы является анализ структурных изменений в титановом сплаве ВТ6 в
зависимости от степени холоднокатаной пластической деформации и после
наводороживания.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы
следующие задачи:
1) Анализ изменения дефектной структуры титанового сплава ВТ6
методами рентгеноструктурного анализа и позитронной спектроскопии в
зависимости от степени холоднокатаной пластической деформации;
2) Исследование влияния вакуумного изотермического отжига на
закономерности изменения дефектной структуры титанового сплава ВТ6
после холоднокатаной пластической деформации;
3) Исследование влияния газофазного наводораживания на
дефектную структуру титанового сплава ВТ6 после холоднокатаной
пластической деформации.
В связи со всем выше изложенным на защиту выносятся следующие
положения:
1. Установлено, что холоднокатаная пластическая деформация
титанового сплава ВТ6 в диапазоне (0,8÷11,9)% приводит к формированию
дислокаций и тетравакансий, при этом в диапазоне от 0,8 % до 2,7 %
наблюдается увеличение плотности дислокаций от 1,5 ∙ 10 14 до 3,1 ∙ 1014 м–2 и
концентрации тетравакансий от 0,003 ppm до 5 ppm.
2. Установлено, что газофазное наводороживание при температуре
350 °C до концентрации водорода 100 ppm титанового сплава ВТ6 после
холоднокатаной пластической деформации приводит к формированию
водород-вакансионных комплексов (4V-3H), при этом увеличение степени
деформации от 0,8% до 2,7% приводит к увеличению концентрации водород-
вакансионных комплексов (4V-3H) после наводораживания.
Настоящая работа посвящена установлению закономерностей
микроструктурных изменений в титановом сплаве ВТ6 при деформации и
наводороживании. По результатам проведенного исследования можно
сделать следующие выводы:
1. 1. Холоднокатаная пластическая деформация в диапазоне от
0,8 до 11,9 % не оказывает существенного влияния на средний размер зерен
сплава ВТ6;
2. С увеличение степени деформации от 0,8 до 11,9 % происходит
увеличение плотности дислокаций в 17 раз в сравнении с исходным
материалом;
3. С увеличение степени деформации от 0,8 до 11,9 % происходит
уменьшение электронной плотности в области стока дефектов и увеличении
свободного объема;
4. C увеличением степени деформации происходит рост среднего
времени жизни от 148,3±0,2 пс до 175±1 пс.;
5. До 3% деформации в материале присутствуют как дислокации,
так и вакансионные комплексы (N=4), временные компоненты которых
равны 165,7±0,1 пс и 287,2±0,8 пс, соответственно;
6. Цикл вакуумного отжига титанового сплава ВТ6 прокатанного до
0,8% деформации не оказывает существенного влияния на средний размер
зерна;
7. Температура отжига 400 °C приводит к незначительному
увеличению микротвердости ~2% в сравнение с исходным материалом;
8. С увеличением температуры отжига происходит снижение
среднего времени жизни и плотности дислокаций на 2% и 42%,
соответственно, в сравнении с исходным материалом;
9. Температура отжига сформированных при холоднокатаной
пластической деформации дефектов равна 400 °C;
10. После наводороживания были сформированы дефекты водород-
вакансионные комплексы типа 4V-3H.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (8 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
5 (9 отзывов)
5 (188 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
5 (154 отзыва)
5 (145 отзывов)
