Водородное охрупчивание титана и его сплавов

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный индустриальный университет

(ГОУ МГИУ)

Кафедра «Материаловедения и технологии конструкционных материалов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Водородное охрупчивание титана и его сплавов»

Группа 9321

Студент И.Н. Самарова

Преподаватель Т. Ю. Скакова

МОСКВА 2010

Оглавление

Система титан—водород

Водородное охрупчивание α-титана

Титан высокой чистоты

Технический титан

Стабилизированные α-сплавы

Выводы

Водородное охрупчивание α-β-титановых сплавов

Характерные признаки водородного охрупчивания α-β-титановых сплавов

Механизм водородного охрупчивания α—β-титановых сплавов

Влияние водорода на механические свойства β-титановых сплавов

Система титан—водород

Систему титан — водород изучали многие исследователи. Титан в отличие от железа относится к группе экзотермических металлических окклюдеров. Поэтому взаимодействие водорода с металлом в этой системе усложняется образованием гидридной фазы, а также наличием аллотропического превращения в металлическом титане. Мак-Квиллан установил, что при температурах выше 500 °С в системе титан — водород существуют три фазы: α - фаза (с плотноупакованной гексагональной решеткой), β - фаза (с о.ц.к. решеткой) и γ -фаза (с г.ц.к. решеткой). Первые две фазы являются низко- и высокотемпературными аллотропическими формами металлического титана, в то время как третья фаза соответствует гидриду, найденному Хэггом и Шипко при температурах ниже 500 °С. Метод Мак-Квиллана заключался в основном в измерении равновесного давления водорода в зависимости от концентрации и температуры (рис.1). Из правила фаз следует, что в однофазных сплавах равновесное давление водорода будет изменяться с изменением его содержания, тогда как в двухфазных областях давление будет оставаться постоянным. Горизонтальные участки кривых давление — концентрация (рис. 1) указывают на то, что при этом составе, давлении и температуре существуют двухфазные сплавы.

Рис.1. Кривые зависимости концентрации от давления при постоянной температуре для системы водород – титан.

Гидридная фаза (названная Мак-Квилланом γ-фазой) существует при любом из названных составов и имеет структуру при которой атом водорода занимает позиции внедрения в кристаллической решетке и в идеальных условиях окружен четырьмя соседними атомами титана. Эта фаза может быть отнесена к фазам внедрения и подобна промежуточным фазам в обычных сплавах. Результаты различных исследований могут быть представлены в виде диаграммы состояния для системы сплавов титан— водород. Именно таким образом Мак-Квиллан и представил свои данные. Эта система была также исследована Леннингом, Крайгхедом и Джаффе, которые использовали более чистый титан, чем предыдущие исследователи. Их результаты представлены в виде диаграммы состояния на рис. 2.

Рис. 2 Диаграмма равновесия титан-водород (при давлении водорода 760 мм.рт.ст.)

Следует указать, что эта диаграмма состояния справедлива только для двухкомпонентной системы, состоящей из чистого (йодидного) титана и водорода при давлении водорода в одну атмосферу. Диаграмма может значительно измениться при наличии третьего элемента или при изменении давления водорода. Однако не вызывает сомнения тот факт, что водород стабилизирует β-фазу до весьма низких температур, при которых происходит эвтектоидное превращение с образованием двухфазных сплавов, состоящих из α-титана и гидрида (γ-фаза). Это превращение происходит приблизительно при 325 °С и эвтектоидный состав равен приблизительно 44% (ат.) водорода. Растворимость водорода в металлическом α-титане в твердом состоянии возрастает от 0,1% (ат.) при комнатной температуре до 8% (ат.) при эвтектоидной температуре; при температуре выше эвтектоидной β-фаза в присутствии водорода находится в стабильном состоянии. Растворимость водорода в β-титане при этой температуре соответствует эвтектоидному составу. Из диаграммы состояния видно, что растворимость водорода в β-фазе значительно выше, чем в α-титане.

Эта диаграмма является хорошим примером несоответствия между пределом растворимости и общим количеством водорода, абсорбируемого образцом.

Растворимость водорода в любой аллотропической форме титана увеличивается с повышением температуры; в то время как для общего количества водорода, которое может содержаться в γ-фазе (вследствие того, что образование гидрида является экзотермическим процессом), наблюдается обратная зависимость.

Одно из своих исследований Мак-Квиллан проводил на титане недостаточной чистоты; заслуживает внимания тот факт, что кривые давление — концентрация на рис.1 непараллельны оси концентрации в области α-β. Это противоречит правилу фаз для двухкомпонентных систем и можно сделать вывод, что любой сплав технического титана с водородом должен рассматриваться как многокомпонентная система.

Растворимость водорода в техническом титане отличается от его растворимости в очищенном металле. Считают, что это различие обусловливается тем, что некоторы

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать