Аннотация
В работе проведены исследования, направленные на оценку влияния прокатки и отжига на структуру и свойства титана ВТ1-0, поверхностно легированного танталом методом вневакуумной электронно-лучевой обработки. Установлено, что электронно-лучевая обработка способствует формированию слоёв, характеризующихся наличием дендритной ликвации, которая не устраняется при проведении последующих технологических процессов. Структурные исследования показали, что отжиг прокатанных композиций приводит к преобразованию закаленной игольчатой структуры наплавленных слоёв в стабильную, представленную равноосными зернами и пластинами.
Уровень микротвердости поверхностных слоев титана после электронно-лучевой обработки повышается со 165 до 385 HV. Прокатка и отжиг не оказывают существенного влияния на твердость наплавленных слоев, однако влияют на твердость основного металла (титана). Предел прочности титановых образцов после электронно-лучевой обработки практически не изменяется и находится на уровне ~ 420 МПа. Прокатка композиций приводит к наклепу титановых пластин и повышению суммарной прочности материала до 610 МПа, которая снижается в процессе последующего отжига до ~ 450 МПа. При этом во всех случаях пластичность исследуемого материала оказалась ниже пластичности титана ВТ1-0. Наплавленный слой вызывает снижение уровня ударной вязкости титана ВТ1-0 до 55 Дж/см2, который еще более существенно снижается после прокатки (до ~ 40 Дж/см2). Последующий отжиг устраняет негативное влияние технологических операций на ударную вязкость материала и способствует ее повышению до ~ 100 Дж/см2.
Ключевые слова: электронно-лучевая наплавка, тантал, титан, коррозионная стойкость.
Список литературы
1. Talbot D., Talbot J. Corrosion science and technology. – Boca Raton, Florida: CRC Press, 1998. – 390 p. – ISBN 0-8493-8224-6.
2. Corrosion: vol. 1: Metal/Environment Reactions / ed. by L.L. Shreir, R.A. Jarman, G.T. Burstein. – 3rd ed. – London: Butterworth-Heinemann, 2000. – 1432 p. – ISBN 0-7506-1077-8.
3. The corrosion handbook / ed. by H.H. Uhlig. – New York: John Wiley & Sons, 1948. – 1188 p.
4. Raj B., Mudali U.K. Materials development and corrosion problems in nuclear fuel reprocessing plants // Progress in Nuclear Energy. – 2006. – Vol. 48, iss. 4. – P. 283–313. – doi: 10.1016/j.pnucene.2005.07.001.
5. De Souza K.A., Robin A. Influence of concentration and temperature on the corrosion behavior of titanium, titanium-20 and 40 % tantalum alloys and tantalum in sulfuric acid solutions // Materials Chemistry and Physics. – 2007. – Vol. 103, iss. 2–3. – P. 351–360. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2007.02.026.
6. Structure of the oxide film on Ti–6Ta alloy after immersion test in8 mol/L boiling nitric acid medium / D. Guo, Y. Yang, J. Wu, B. Zhao, H. Zhao, H. Su, Y. Lu // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. – 2013. – Vol. 189. – P. 122–126. – doi: 10.1016/j.elspec.2013.08.013.
7. Corrosion resistance and biocompatibility of Ti–Ta alloys for biomedical applications / Y.L. Zhou, M. Niinomi, T. Akahori, H. Fukui, H. Toda // Materials Science and Engineering: A. – 2005. – Vol. 398, iss. 1–2. – P. 28–36. – doi: 10.1016/j.msea.2005.03.032.
8. Effect of heat treatment on the corrosion behavior of Ti–5Ta–1.8Nb alloy in boiling concentrated nitric acid / A.R. Shankar, R.K. Dayal, R. Balasubramaniam, V.R. Raju, R. Mythili, S. Saroja, M. Vijayalakshmi, V.S. Raghunathan // Journal of Nuclear Materials. – 2008. – Vol. 372, iss. 2–3. – P. 277–284. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2007.03.216.
9. Effect of metal ions in a heated nitric acid solution on the corrosion behavior of a titanium-5% tantalum alloy in the hot acid condensate / Y. Sano, M. Takeuchi, Y. Nakajima, H. Hirano, G. Uchiyama, Y. Nojima, S. Fujine, S. Matsumoto // Journal of Nuclear Materials. – 2013. – Vol. 432, iss. 1–3. – P. 475–481. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2012.08.009.
10. Gamma-ray irradiation effect on corrosion rates of stainless steel, Ti and Ti-5Ta in boiling 9N nitric acid / T. Yamamoto, S. Tsukui, S. Okamoto, T. Nagai, M. Takeuchi, S. Takeda, Y. Tanaka // Journal of Nuclear Materials. – 1996. – Vol. 228, iss. 2. – P. 162–167. – doi: 10.1016/S0022-3115(95)00227-8.
11. De Souza K.A., Robin A. Preparation and characterization of Ti–Ta alloys for application in corrosive media // Materials Letters. – 2003. – Vol. 57, iss. 20. – P. 3010–3016. – doi: 10.1016/S0167-577X(02)01422-2.
12. Atmospheric electron-beam surface alloying of titanium with tantalum / M.G. Golkovski, I.A. Bataev, A.A. Bataev, A.A. Ruktuev, T.V. Zhuravina, N.K. Kuksanov, R.A. Salimov, V.A. Bataev // Materials Science and Engineering: A. – 2013. – Vol. 578. – P. 310–317. – doi: 10.1016/j.msea.2013.04.103.
13. Non-vacuum electron-beam boriding of low-carbon steel / I.A. Bataev, A.A. Bataev, M.G. Golkovsky, A.Yu. Teplykh, V.G. Burov, S.V. Veselov // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 207. – P. 245–253. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.081.
14. Титан и его сплавы в химическом машиностроении / Б.А. Галицкий, М.М. Абелев, Г.Л. Шварц, Б.Н. Шевелкин. – М.: Машиностроение, 1968. – 340 с.
15. Структурные исследования покрытий системы «титан-тантал», полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки / И.А. Батаев, Т.В. Журавина, А.А. Руктуев, О.Г. Ленивцева, Ю.Н. Ромашова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 3 (56). – С. 56–59.
16. Многослойная электронно-лучевая наплавка танталсодержащих порошковых смесей на заготовки из титана ВТ1-0 / М.Г. Голковский, В.В. Самойленко, А.И. Попелюх, А.А. Руктуев, Н.В. Плотникова, Н.С. Белоусова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2013. – № 4 (61). – С. 43–48.
17. Голованенко С.А., Меандров Л.В. Производство биметаллов. – М.: Металлургия, 1966. – 153 с.
18. Microstructure and mechanical properties of Ti-40 Wt Pct Ta (Ti-15 At. Pct Ta) / J.D. Cotton, J.F. Bingert, P.S. Dunn, R.A. Patterson // Metallurgucal and Materials Transactions A. – 1994. – Vol. 25, iss. 3. – P. 461–472. – doi: 10.1007/BF02651588.
19. Вневакуумная электронно-лучевая наплавка порошков системы титан-тантал-ниобий на титан ВТ1-0 / Т.В. Журавина, И.А. Батаев, А.А. Руктуев, А.П. Алхимов, О.Г. Ленивцева, О.А. Бутыленкова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 1 (54). – С. 90–95.
