Содержание

Задание на курсовую работу

Введение 2

1. Исследование диаграммы состояния Ti – Al: 4

1.1 описание компонентов диаграммы состояния Ti – Al 4

1.2 описание всех фаз диаграммы состояния Ti – Al 5

1.3 фазовые превращения на диаграмме состояния Ti – Al 5

1.4 механические свойства титановых сплавов 5

1.5 построение кривых охлаждения для сплава 1(ВТ-18) и

сплава 2 (60% Al) 6

1.6 термическая обработка для титановых сплавов 8

1.7 промышленный сплав ВТ-8 14

2. Выбор материала для лопаток реактивных и турбореактивных двигателей 17

2.1 Условия выбора 17

2.2 Выбор материала 17

2.2.1 сплав ХН70ВМТЮ 17

2.2.2 влияние легирующих элементов на жаропрочность сплава 18

2.2.3 термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов 21

2.2.4 области применения жаростойких никелевых сплавов 24

3. Выбор материала для сварных бензиновых и масляных баков 25

3.1 Условия выбора 25

3.2 Выбор материала 25

3.2.1 деформируемые алюминиевые сплавы 25

3.2.2 стали 30

Заключение 32

Список литературы 33

Введение

Материаловедением называют прикладную науку о связи состава, строения и свойств материалов. Решение важнейших технических проблем, связанных с экономией материалов, уменьшением массы машин и приборов, повышением точности, надёжности и работоспособности механизмов и приборов во многом зависит от развития материаловедения. Непрерывный процесс создания новых материалов для современной техники обогащает науку о материалах, которая стимулирует появление новых технический идей. Революционную роль сыграли полупроводниковые материалы и жидкие кристаллы в электронике, композиционные материалы в авиации и ракетостроении, сверхпроводники и аморфные сплавы в электронике и радиотехнике и т.д.

Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах в основном развивается экспериментальным путём. Поэтому разработка новых методов исследования строения (структуры) и физико-механических свойств материалов способствует дальнейшему развитию материаловедения.

Изучение физических (плотность, электропроводимость, теплопроводность, магнитная проницаемость и др.), механических (прочность, пластичность, твёрдость, модуль упругости и др.), технологических (жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и др.) и эксплуатационных свойств (сопротивление коррозии, изнашиванию и усталости, жаропрочность, хладостойкость и др.) позволяет определить области рационального использования различных материалов с учётом экономических требований .[1]

Рисунок 1 - Диаграмма состояния системы Ti-Al

1. Исследование диаграммы состояния Ti – Al

1. Описание компонентов диаграммы состояния Ti – Al

На рисунке 1 изображена диаграмма состояния Ti – Al. Эта диаграмма представляет собой двухкомпонентную систему с полной растворимостью в жидком состоянии, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с наличием полиморфизма, с образованием неустойчивого химического соединения, с наличием промежуточных фаз.

Рассмотрим один из компонентов диаграммы состояния титан. Это серебристо-белый металл с малой плотностью (4,5 г/см³), высокой температурой плавления (1672 °С), высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью. Титан имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная модификация Ti_α, существующая до 882 °С, характеризуется гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм (20 °С). Высокотемпературная модификация Ti_β имеет решетку объемно-центрированного куба с периодом а = 0,332 нм (при 900 °С). Титан имеет полиморфное превращение Ti_α ↔ Ti_β (882,5 °С) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием полиэдрической структуры, а при быстром охлаждении – по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры.

Второй компонент диаграммы состояния это алюминий. Это металл серебристо-белого цвета. Чистый алюминий имеет небольшую плотность (2,7 г/см³) и низкую температуру плавления (660 °С). Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в решетке гранецентрированного куба с периодом а = 0,4041 нм (при 20 °С), атомный радиус 0,143 нм. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью и очень высокой скрытой теплотой плавления. Растворимость алюминия в низкотемпературной модификации Ti_α при 900 °С составляет 24,5 %, а максимальная растворимость

в высокотемпературной модификации Ti_β при 1460 °С составляет 34,5 %.

1.2 Описание всех фаз диаграммы состояния Ti – Al

Рассмотрим фазы, которые существуют на диаграмме состояния Ti – Al:

Фаза α – это ограниченный твердый раствор внедрения Al в низкотемпературную модификацию Ti_α, предельная растворимость Al в Ti_α составляет 32 % Al при температуре 1240 ^оС.

Фаза β – это ограниченный твердый раствор внедрения Al в высокотемпературную модификацию Ti_β, предельная растворимость Al в Ti_β при 1460 ^оС составляет 33 %.

Фаза γ – это промежуточная фаза на основе устойчивого химического соединения TiAl.

Фаза α₂ – это промежуточная фаза на основе устойчивого химического соединения Ti₃Al.

Фаза ε – это промежуточная фаза на основе устойчивого химического соединения TiAl₃ [2].

1.3 Фазовые превращения на диаграмме состояния Ti – Al

На диаграмме состояния показано фазовое равновесие сплавов. В соответствии с горизонтальными линиями диаграммы состояния фазы при охлаждении испытывают превращения: линия аdс является линией перитектического равновесия ж_с + β_а↔ γ_d; линия mln это линия перитектоидного равновесия β_m + γ_n ↔ α_l; линия hsw это линия эвтектоидного

равновесия α_s ↔ α_2(h) + γ_w [2].

1.4 Механические свойства титановых сплавов

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием

прочности и пластичности. Высокая пластичность объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования благодаря малому соотношению с/а = 1,587. Механические свойства титана сильно зависят от наличия примисей, особенно водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое количество кислорода, азота и углерода повышает твердость, временное сопротивление и предел текучести, однако при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми, а иногда тысячными долями процента. Очень вредная примесь в титане – водород. Присутствуя в весьма незначительном количестве, водород выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что значительно охрупчивает титан. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане находится в пределах 0,008 – 0,012%. [3]

1.5 Построение кривых охлаждения для сплава 1(ВТ-18) и сплава 2 (60% Al)

время

Т

Ж

↓

__β__

ж+β

↓ ↓

__β__

β

↓

__α__

α

↓

__α₂__

α+α₂

а б

Рисунок 2 - Кривая охлаждения (а) и столбик структур (б) для сплава 1 (ВТ-18)

Ж

↓

__γ__

Ж + γ

↓

__ε__

ε+γ^ост

↓ ↓

___ε___

ε+γ^ост

↓ ↓

___TiAl₂___

TiAl₂+ε^ост

а б

Рисунок 3 - Кривая охлаждения (а) и столбик структур (б) для сплава 2 (60%Al)