| Popis: |
Проблематика. Титан, алюміній та їх сплави широко використовуються для деталей автомобільної, аерокосмічної та хімічної індустрій завдяки низькій густині, високій питомій міцності та корозійній стійкості. Більше того, композиційні матеріали системи Al-Ti є надзвичайно привабливими і перспективними. Однак технологічний процес отримання титан-алюмінієвих композиційних матеріалів, який полягає у твердофазовій взаємодії, зазвичай складний. Більш прості та ефективні рідиннофазові методи, які полягають у формуванні титанового каркасу та його подальшому просочуванні розплавом алюмінію, непоширені та малорозвинені. Незважаючи на досягнення металургійного з’єднання між титаном і алюмінієм, при виготовленні композитів інтерфейс є недосконалим, що негативно відображається на їх функціональних властивостях. Титан-матричні композити (ТМК), які є відносно новим класом матеріалів, являють собою матрицю з титанового сплаву, армовану керамічними волокнами, і покликані кардинально підвищити фізико-механічні властивості виробів. Саме тому в роботі пропонується вивчити взаємодію ТМК (Тi-ТіВ) із розплавом алюмінію та отримати унікальну армовану межу розділу при взаємодії титан—алюміній. Мета дослідження. Вивчення кінетики взаємодії композиту Ti-TiB та рідкого алюмінію для отримання нового композиційного матеріалу (Ti-TiB)-Al з підвищеними фізико-механічними властивостями. Методика реалізації. Занурення та витримка підготованих пластин титану, армованого боридом титану, в розплаві алюмінію з подальшим охолодженням на повітрі. Дослідження мікроструктури та фазового складу зони взаємодії. Визначення мікротвердості структурних складових. Результати дослідження. Зображення мікроструктури та мікрорентгеноспектральний аналіз у точках на межі взаємодії композита і розплаву показали наявність трьох зон: титану, армованого волокнами бориду титану, перехідного інтерметалідного шару і алюмінію, армованого включеннями. Установлено, що збільшення часу витримки композита в розплаві сприяє переходу волокон бориду титану в розплав, тим самим збільшуючи товщину рівномірно армованого шару алюмінію. Наявність в алюмінії волокон бориду титану та включень інтерметалідів значно підвищує його мікротвердість. Висновки. Уперше встановлено, що при витримці композита Ti-TiB у розплаві алюмінію між ними відбувається взаємодія з утворенням перехідного інтерметалідного шару та зони алюмінію, армованого включеннями. Результати досліджень свідчать про перспективність отримання металокерамічних композиційних матеріалів з підвищеними фізико-механічними характеристиками. Background. Titanium, aluminum and their alloys are low density, high specific strength and corrosion resistance materials. They are widely used for parts in the automotive, aerospace and chemical industry due to their properties. Moreover, Al-Ti composite materials are extremely attractive and perspective. However, the technological process of titanium-aluminum composite materials obtaining, which is a solid-phase interaction, is usually complex. More simple and effective liquid-phase methods are not widespread and poorly developed. Despite the achievement of the metallurgical bonding between titanium and aluminum the interface between them in composite materials isn’t perfect, that’s why it decreases their functional properties. Titanium matrix composites as a relatively new class of materials are the titanium alloy matrix reinforced with ceramic fibers (for example Ti-TiB). Moreover, these composites are promising to increase the physical and mechanical properties of products. That’s why we propose to study the interaction of Ti-TiB with the aluminum melt and obtain a unique reinforced interface between them. Objective. The aim of the paper is exploring the kinetics of Ti-TiB and liquid aluminum interaction for obtaining new composite material (Ti-TiB)-Al with the increased physical and mechanical properties. Methods. Immersion and holding of prepared plates of Ti-TiB in aluminum melt, followed by air cooling. Investigation of the microstructure and phase composition of the interaction zone. Determination of microhardness of formed zones. Results. The image of microstructure and microrentgenospectral analysis at the points on the interface between composite and the melt showed the presence of three zones: titanium reinforced with titanium boride fibers, transition intermetallic layer and aluminum reinforced with inclusions. It was primarily established that holding of composite in melt promotes interaction of TiB fibers and aluminum. Increasing the holding time of composite in the melt causes the thickness of the uniformly reinforced aluminum layer. Titanium boride fibers and intermetallic compounds in aluminum significantly increase the aluminum microhardness. Conclusions. It was primarily found that during holding of Ti-TiB composite in aluminum melt, there is an interaction with the following formation of transition intermetallic layer and aluminum reinforced zone. It can be clearly seen that the obtaining of metal-ceramic composite materials with the increased physical and mechanical characteristics is definitely a perspective. Проблематика. Титан, алюминий и их сплавы широко используются для деталей автомобильной, аэрокосмической и химической индустрий благодаря низкой плотности, высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. Более того, композиционные материалы системы Al-Ti являются чрезвычайно привлекательными и перспективным. Однако технологический процесс получения титан-алюминиевых композиционных материалов, который заключается в твердофазном взаимодействии, обычно сложный. Более простые и эффективные жидкофазные методы, которые заключаются в формировании титанового каркаса и его последующей пропитке расплавом алюминия, не распространены и малоразвиты. Несмотря на достижения металлургического соединения между титаном и алюминием, при изготовлении композитов интерфейс является несовершенным, что негативно отражается на их функциональных свойствах. Титан-матричные композиты (ТМК), которые являются достаточно новым классом материалов, представляют собой матрицу из титанового сплава, армированную керамическими волокнами, и имодействие ТМК (Ti-TiB) с расплавом алюминия и получить уникальную армированную границу раздела при взаимодействии титан–алюминий. Цель исследования. Изучение кинетики взаимодействия композита Ti-TiB и жидкого алюминия для получения нового композиционного материала (Ti-TiB)-Al с повышенными физико-механическими свойствами. Методика реализации. Погружение и выдержка подготовленных пластин титана, армированного боридом титана, в расплаве алюминия с последующим охлаждением на воздухе. Исследование микроструктуры и фазового состава зоны взаимодействия. Определение микротвердости структурных составляющих. Результаты исследования. Изображение микроструктуры и микрорентгеноспектральный анализ в точках на границе взаимодействия композита и расплава показали наличие трех зон: титана, армированного волокнами борида титана, переходного интерметаллидного слоя и алюминия, армированного включениями. Установлено, что увеличение времени выдержки композита в расплаве способствует переходу волокон борида титана в расплав, тем самым увеличивая толщину равномерно армированного слоя алюминия. Наличие в алюминии волокон борида титана и включений интерметаллидов значительно повышает его микротвердость. Выводы. Впервые установлено, что при выдержке композита Ti-TiB в расплаве алюминия между ними происходит взаимодействие с образованием переходного интерметаллидного слоя и зоны алюминия, армированного включениями. Результаты исследований свидетельствуют о перспективности получения металлокерамических композиционных материалов с повышенными физико-механическими характеристиками. |
