Кінетика навуглецювання титанових сплавів за термодифузійного насичення з газового середовища

Abstract

UK: Мета дослідження – встановити закономірності високотемпературної взаємодії титанових сплавів з вуглецевмісним газовим середовищем. Методика. Досліджували зразки промислових титанових сплавів a- (ВТ5-1 і ПТ-7М), псевдо-a- (ОТ4-1), (a+b) – (BТ14 і ВТ19) класів. Після виготовлення зразки відпалювали у вакуумі за режимом: T = 800 °C, τ = 5 год, P = 0,05 мПа, Imin = 0,1 мПа × дм3 × с-1. Насичувальним середовищем слугувала газова суміш аргону з пропаном. Об’ємний вміст пропану складав 16,7 %. Титанові сплави насичували за температур T = 750 °С, 800 °С та 850 °С протягом 1, 3 і 5 год. Результати. Згідно з аналізом гравіметричних даних, показано, що в аргоно-пропановій суміші з тиском P = 0,106 Па за різних температур (T = 750, 800 та 850 °С, протягом 1, 3 та 5 год.) маса зразків сплаву ВТ1-0 збільшується за лінійним законом. Кінетика насичення вуглецем сплаву ВТ5-1 має значні відхилення від лінійності й самі значення приросту маси після 5 год витримки майже удвічі менші, ніж для сплаву ВТ1-0. Взаємодія псевдо-α-титанового сплаву ОТ4-1 із розрідженим вуглецевмісним газовим середовищем за високих температур (T = 750, 800 та 850 °С) супроводжується втратою маси зразками. Взаємодія титанових сплавів ВТ14 та ВТ19 з вуглецевмісним газовим середовищем за залишкового тиску P = 0,106 Па характеризується монотонним збільшенням маси зразків за досліджуваних температур та тривалості. Наукова новизна. Встановлено, що взаємодія за високих температур (T = 750…850 °С) титанових сплавів із розрідженим вуглецевмісним газовим середовищем (Ar + 16,7 % C3H8) за тиску P = 0,106 Па зумовлює збільшення маси зразків за законом, що наближається до лінійного, що свідчить про контролювальну стадію взаємодії – реакцій на межі газ – метал. Практична значимість. Високотемпературна взаємодія титанових сплавів із вуглецевмісним газовим середовищем супроводжується спотворенням кристалічної ґратки поверхневого шару металу, що повинно відповідним чином вплинути на фізико-механічні властивості приповерхневого шару металу.

RU: Цель исследования − установить закономерности высокотемпературного взаимодействия титановых сплавов с углеродсодержащей газовой средой. Методика. Исследовали образцы промышленных титановых сплавов a- (ВТ5-1 и ПТ-7М), псевдо-a- (ОТ4-1), (a + b) – (BТ14 и ВТ19) классов. После изготовления образцы отжигали в вакууме по режиму: T = 800 °C, τ = 5 ч, P = 0,05 МПа, Imin = 0,1 мПа × дм3× с-1. Насыщающей средой служила газовая смесь аргона с пропаном. Объемное содержание пропана составляло 16,7 %. Титановые сплавы насыщали при температурах T = 750 °С, 800 °С и 850 °С в течение 1, 3 и 5 ч. Результаты. Согласно анализу гравиметрических данных показано, что в аргонно-пропановой смеси с давлением P = 0,106 Па при различных температурах (T = 750, 800 и 850 °С в течение 1, 3 и 5 ч.) масса образцов сплава ВТ1-0 увеличивается по линейному закону. Кинетика насыщения углеродом сплава ВТ5-1 имеет значительные отклонения от линейности и сами значения прироста массы после 5 часов выдержки почти в 2 раза меньше, чем для сплава ВТ1-0. Взаимодействие титановых сплавов ВТ14 и ВТ19 с углеродсодержащей газовой средой при остаточном давлении P = 0,106 Па характеризуются монотонным увеличением массы образцов при исследуемых температурах и продолжительности. Научная новизна. Установлено, что взаимодействие при высоких температурах (T = 750 ... 850 °С) титановых сплавов с разреженной углеродсодержащуй газовой средой (Ar + 16,7 % C3H8) при давлении P = 0,106 Па приводит к увеличению массы образцов по закону, приближающемуся к линейному, что свидетельствует о контролирующей стадии взаимодействия реакций на границе газ − металл. Практическая значимость. Высокотемпературное взаимодействие титановых сплавов с углеродсодержащей газовой средой сопровождается искажением кристаллической решетки поверхностного слоя металла, что должно соответствующим образом повлиять на физико-механические свойства приповерхностного слоя металла.

EN: The purpose of the study is to establish the patterns of high-temperature interaction of titanium alloys with carbon-containing gaseous media. Methodology. Investigated samples of industrial titanium alloys a- (VT5-1 and PT-7M), pseudo-(OT4-1), (a + b) – (VT14 and VT19) classes. After fabrication, the samples were annealed in vacuum according to the mode: T = 800 °C, τ = 5 h, P = 0.05 MPa, Imin = 0,1 mPa × dm3× s-1. The saturating medium was a gas mixture of argon and propane. The volume content of propane was 16.7%. Titanium alloys were saturated at temperatures T = 750°C, 800°C and 850°C for 1 hour, 3 hours and 5 hours. Results. Bottom analysis of gravimetric data obtained by discrete gravimetry showed that in the argon-propane mixture with pressure P = 0.106 Pa at various temperatures (T = 750, 800 and 850 °C for 1, 3 and 5 hours). The mass of samples of the VT1-0 alloy increases linearly. The carbon saturation kinetics of the VT5-1 alloy has significant deviations from linearity and the actual weight gain after 5 hours of exposure is almost 2 times less than for the VT1-0 alloy. The interaction of titanium alloys VT14 and VT19 with a carbon-containing gaseous medium at a residual pressure of P = 0.106 Pa is characterized by a monotonic increase in the mass of the samples beyond the temperatures and duration under study. Originality. It has been established that the interaction at high temperatures (T = 750 ... 850 °C) of titanium alloys with a rarefied carbon-containing gas medium (Ar + 16.7 % C3H8) at a pressure of P = 0.106 Pa leads to an increase in the mass of the samples, approaching linear, indicating a controlling stage of interaction − reactions at the gas – metal interface. Practical value. High temperature interaction of titanium alloys with a carbon-containing gaseous medium is accompanied by deviation of parameters of the crystal lattice of the hardened layers. Carburization seems to influence physical-chemical properties of the near-surface layer of metal.