Коваль Н.Н., 2Лидер А.М

Перевалова О.Б., Панин А.В., Казаченок М.С., Кретова О.М., Тюрин Е.О.,

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия

1Институт сильноточной электроники СО РАН, Томск, Россия 2Томский политехнический университет, Томск, Россия [email protected]

Одним из наиболее перспективных применений электронно-пучковой обра- ботки (ЭПО) является модификация поверхностных слоев титана и его сплавов, используемых в качестве элементов ГТД (лопатки компрессора и турбины), био- медицине и др. В то же время, при разработке изделий и деталей машин из титано- вых сплавов нельзя не учитывать влияние газов на их механические свойства, и, прежде всего, водорода. Поэтому вопрос о влиянии ЭПО на сорбционную способ- ность титана по отношению к водороду является актуальной задачей.

В настоящей работе представлены результаты исследования микроструктуры и фазового состава поверхностных слоев технического титана ВТ1-0, подвергнуто- го обработке электронным пучком с последующим наводораживанием. Облучение электронным пучком проводили на установке «SOLO» с двух сторон образца тре- мя импульсами с длительностью по 50 мкс. Плотность энергии пучка варьирова- лась в пределах W = 12–25 Дж/см2. Насыщение водородом проводили в установке Сивертса Gas Reaction Controller при давлении 0,6 и 2 атм, температурах в интер-

вале 300–600 °С в течение 30–180 мин. Измерение концентрации водорода выпол- няли с помощью газоанализатора водорода RHEN 602. Исследования микрострук- туры и фазового состава проводились методами рентгеноструктурного анализа (РСА), растровой (РЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Твердость и модуль Юнга модифицированного поверхностного слоя образцов ВТ1-0 определяли на наноинденторе NanoTest с использованием пирамидки Вик- керса.

Установлено, что ЭПО приводит к образованию в поверхностном слое ис- ходного (отожженного) сплава ВТ1-0 пластинчатой структуры. Методами ПЭМ обнаружено, что основной фазой является a-Ti, второй фазой – a²-Ti. Это свиде- тельствует о протекании мартенситных превращений b®a¢-Ti и b®a²-Ti в про- цессе ЭПО. Поскольку мартенсит в титановых сплавах представляет собой пере- сыщенный твердый раствор замещения, появление мартенсита свидетельствует об образовании ликваций в процессе ЭПО.

В процессе наводораживания водород интенсивно проникает в образцы тех- нического титана ВТ1-0 и при концентрации С H = 600 ppm способствует образова- нию эвтектоида a-Ti +d-фаза (с объемной долей d-фазы не более 2%). С ростом концентрации водорода объемная доля гидридной фазы увеличивается. ЭПО суще- ственно увеличивает (2…4 кратно) растворимость водорода в поверхностных сло- ях ВТ1-0 при давлении 0,6 атм, в результате чего прочностные характеристики возрастают, а материал становится более хрупким. Однако при увеличении давле- ния водорода до 2 атм его конечная концентрация (около 9500 ppm) не зависят от предварительной ЭПО. Микроструктура поверхностного слоя представляет собой эвтектоид a-Ti +d-фаза (с объемной долей d-фазы 7-9%).

Дата добавления: 2017-01-14