Obrabotka Metallov 2015 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (67) 2015 56 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ дов и отработанного ядерного топлива, а также реакторов для производства растворов сильных кислот. В современной промышленности в качестве материалов, способных противостоять коррози- онному разрушению, наиболее широко исполь- зуются хромоникелевые аустенитные стали [1– 3], которые, кроме того, являются надежными конструкционными материалами. Однако в усло- виях воздействия кипящих концентрированных кислот и растворов на их основе уровень корро- зионной стойкости сталей может оказаться недо- статочным. В этом случае высоколегированные сплавы на основе железа могут быть заменены на титановые сплавы [4]. В работах [5–8] было показано, что особенно эффективным является использование сплавов системы «титан-тантал». Так, например, уровень коррозионной стойкости титанового сплава, содержащего 40 % тантала, сопоставим с уровнем коррозионной стойкости технически чистого тантала [2, 5]. Следует от- метить, что высокая стойкость к воздействию агрессивных сред может быть также обеспечена сплавами с более низкой концентрацией тантала [6–10]. Несмотря на положительный эффект, кото- рый оказывает тантал на коррозионную стой- кость титановых сплавов, его широкое при- менение весьма ограничено, что объясняется высокой стоимостью материала [11]. Кроме того, титановые сплавы, легированные большим ко- личеством тантала, имеют высокую плотность. Таким образом, для обеспечения экономии до- рогостоящего тантала без значительного увели- чения плотности сплава рациональным решени- ем является поверхностное легирование титана танталом. В качестве технологии, позволяющей форми- ровать высококачественные коррозионно-стой- кие слои системы «титан-тантал», в работе [12] предлагается использовать вневакуумную элек- тронно-лучевую наплавку. Данная технология обеспечивает получение поверхностно легиро- ванных слоев на большую глубину (1,5…2 мм) на толстолистовых титановых заготовках. Одна- ко повышенный уровень коррозионной стойко- сти могут обеспечить и более тонкие покрытия. Снижения толщины легированного слоя можно достичь путем прокатки биметаллической ком- позиции «титан-наплавленный слой». Для пони- жения уровня напряжений и снятия деформации прокатанной заготовки целесообразно использо- вать последующий отжиг. Однако влияние дан- ных процессов на наплавленные слои не изучено. Таким образом, целью данной работы было исследовать структурные преобразования, про- текающие в легированном слое и материале ос- новы в процессе прокатки и термической обра- ботки и определить их влияние на механические свойства композиции. Материалы и методы исследования Электронно-лучевая обработка образцов проводилась на промышленном ускорителе элек- тронов ЭЛВ-6 (Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН). Перед наплавкой на пла- стины из титана ВТ1-0 размером 100 × 50 × 10 мм наносилась порошковая смесь с плотностью насыпки 0,45 г/см 3 . Легирующая порошковая смесь состояла из 51 % (вес.) Ta и 18 % (вес.) Ti , а также сварочного флюса (23 % (вес.) CaF 2 и 8 % (вес.) LiF). Далее пластины с нанесенным порошковым слоем устанавливались на подвиж- ный стол, который поступательно перемещался относительно выпускного отверстия ускорителя со скоростью 10 мм/с. Для увеличения произ- водительности метода на выходе электронного луча устанавливалась электромагнитная раз- вертка, увеличивающая размах области сканиро- вания до 50 мм [13]. Ток пучка составлял 24 мА. Энергия электронов была равна 1,4 МэВ. После электронно-лучевой обработки ти- тановые заготовки с коррозионно-стойкими слоями прокатывали в горячем состоянии [14]. Предварительный нагрев образцов под прокатку происходил в воздушной атмосфере при темпе- ратуре 800 о С. Суммарная степень обжатия по- верхностно легированных титановых пластин после четырех циклов прокатки и нагрева соста- вила 80 %. Последующий отжиг прокатанных пластин проводился в вакууме при температуре 850 о С в течение одного часа. Структурные исследования биметаллов были проведены на оптическом микроскопе Carl Zeiss Axio Observer Z1m и на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP, оснащен- ном энергодисперсионным анализатором INCA X-ACT (Oxford Instruments). Микроструктура об- разцов выявлялась травлением смесью 40 %-го