Структурообразование никелида титана в процессах порошковой металлургии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

САМАРСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

л г л На правах рукописи

П 6 ОД

1 1 г^п : ;

Дроздов Игорь Алексеевич

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА В ПРОЦЕССАХ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара - 1998

Работа выполнена на кафедре «Авиаматериаловедснис и технология металлов» и ОНИЛ-4 «Порошковая металлургия» Самарского государственного аэрокосмичсского университета (СГАУ) имени академика С.П.Королев;!

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, профессор В. Н. Анциферов доктор физико-математических наук, профессор А. П.Амосов доктор физико-математических наук, профессор Д. М. Гурссв

Ведущая организация - АО «Моторостроитель» г.Самара

Защита состоится " ^" г. в "//^часов на заседании

диссертационного совета Д 063.16.03 Сам ГТУ - Самарского государственного технического университета по адресу: 443010, Самара, ул. Галактионовская, 141

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГТУ

Автореферат разослан

03

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц

-1 ^ . . да

С. С. Жаткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

В научно-техническом прогрессе производства любых изделий, в том числе современных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), большую роль играют новые материалы и ресурсосберегающие технологии изготовления из них прогрессивных заготовок деталей и инструментов.

В этой связи особый интерес представляет никелид титана, кото-. л обладает повышенными и стабильными в широком интервале шератур механическими свойствами, немагнитен, износо- и кор-зионно-стоек и имеет уникальные характеристики демпфирована и эффекта памяти формы (ЭПФ). Благоприятное сочетание механических и служебных свойств обеспечило при использовании никелид а титана повышение удельных характеристик, ресурса и надёжности механическим системам новой техники. Однако существующая технология производства этого сплава с не менее чем 3-кратным электродуговым переплавом, разливом на слитки, их гомогенизацией при высокотемпературном нагреве и горячим деформированием в полуфабрикат, из которого механической и обработкой давлением изготовляют заготовки деталей, требует значительных материальных, энергетических и трудовых затрат.

Большим недостатком литых сплавов является зональная и дендритная ликвации, из-за чего никелид титана горячеломок при обработке давлением. По этой причине температура, степень и скорость деформирования существенно снижаются, механическая же обрабатываемость сплава весьма затруднительна. Все это повышает себестоимость изготовления заготовок деталей и увеличивает затраты на доводочные работы.

Наиболее перспективно для улучшения качества, устранения ликвации и обеспечения технологичности сплавов и снижения затрат на изготовление из них прогрессивных заготовок с малым припуском и объемом доводочных работ является использование современных достижений физики твердого тела и порошковой металлургии.

Эти достижения указывают на перспективность порошковых технологий при создании новых качественных сплавов и композитов в виде прогрессивных заготовок деталей и инструментов. Однако имеющихся сведений далеко не достаточно для диффузионного синтеза никелида титана из смесей чистых исходных порошков никеля и титана при вакуумном реакционном спекании (ВРС), при котором

сплавообразованис может легко перейти 15 режим неуправляемого самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), приводящего к саморазогреву, оплавлению и тепловому взрыну спекаемого продукта.

В этой связи очевидна необходимость углубленного научного поиска по выяснению недостаточно щученных закономерностей н механизма структурообразования ннкелпда титана в процессах порошковой металлургии и факторов, способствующих повышению его качества и свойств.Методология, анализ л обобщение теоретических и экспериментальных данных такого исследования должно основываться на знаниях, приобретенных ведущими учеными физиками и порошковыми металлургами нашей страны (Я.И.Френкель, Б.Я.Пн-нес, Я.Е.Гсгузнн, М.Ю.Бальшин, В.П.Елютин, БА.Борок, ГА.Мс-срсон, С.С.Кнпарисов, Г.И.Аксенов, Г.В.Самсонов, В.Н.Анциферов, О.В.Роман, И.М.Федорченко, В.В.Скороход, Р.А.Андриевский, Ю.ГЛорофссв, АН.Николаев, С.С.Ермаков и др.) и зарубежья (Г.Ку-чинский, Р.Киффер, Г.Хаузнер, Ф.Набарро, Ф.Айзенкольб, Г.Гич, Б.Копельман, Д.Холломон, ФЛснсл, Д.Тернбалл,П.Дувец, Г.Фран-сен, П.Шварцкопф и др.) при изучении закономерностей структурообразования различных порошковых металлов)] сплавов.

Работы этих ученых по существу создали новую область физики твердого тела, изучающую кинетику и механизм физических процессов структурообразования дисперсных, неравновесных и неоднородных сред под воздействием внешних условии (температура, усилие и др.), развитие которой определяет научно-технический прогресс промышленности.

Ввиду этого исследование закономерностей структурообразования никелида титана в процессах порошковой металлургии является важной и актуальной проблемой физики твердого тела,решение которой направлено на установлен не механизма не только сплавообра-зовлнпя в режиме диффузионного синтеза при ВРС. но и изменения структуры и свойств при последующих операциях горячего уплотняющего деформировании и термической обработки.Решение этой проблемы даст возможность создать новые титаноникслсвые интср-мсталлидныс порошковые сплавы (ТН И ПС) и разработать методо-ло! чм проектирования новых технологических процессов изготовления из них изделий для аэрокосмической и других отраслей промышленности.

Данная работа посвящена решению указанной проблемы. Она обобщает результаты многочисленных многолетних комплексных

исследований, выполненных в лаборатории авиамегалловедения СГАУ по хоздоговорам с моторным и моторостроительным предприятиями г. Самара и головными научно-исследовательскими институтами МАП (НИИСУ,ВИАМ г.Москва), а также по госбюджетной тематике комплексных программ Минвуза: «Порошковая металлургия», «Авиационная технология», «Технологические проблемы производства изделий аэрокосмической техники из современных конструкционных материалов», «Поисковые и прикладные исследования высшей школы в приоритетных направлениях науки и техники», отнесенных к числу важнейших.

Научная новизна

Разработана концепция методологии синтеза никелвда титана и других ТНИПС в виде заготовок заданной формы по программируемым режимам вакуумного реакционного спекания (ВРС) из порошковых смесей компонентов за счет взаимной диффузии и без образования жидкой фазы, использующая принципы повышения и сохранения чистоты, достижения химической и структурной однородности, а также придания заготовкам требуемого уплотнения и формы, включающую оценку фазового состава, пористости, микроструктуры, механических и функциональных свойств на всех стадиях диффузионного синтеза, а в дальнейшем и при последующих операциях горячего деформирования и термической обработки синтезированного продукта.

Обоснована необходимость высокой диффузионной активности при ВРС исходных порошков для поддержания синтеза никелида титана в диффузионном режиме с сохранением исходной формы прессовкам. Показана возможность получения восстановленных порошков, не уступающих по этой способности порошкам, изготовленным в крайне неравновесных условиях (электролитический и карбонильный). Предложена теория и расчетные уравнения для управления процессом струкгурообразования восстановленного металла.

Разработаны бинарные пористые модели послойным прессованием порошков никеля и титана, названные порошковыми пористыми диффузионными парами (ППДП), и методика исследования термокинетики в условиях вакуумного образования и роста диффузионной зоны в области контакта металлов и структурообразования в этой зоне интерметаллионого слоя.

Установлены закономерности роста диффузионной зоны в зависимости от температуры вакуумного нагрева ППДП никель-титан с расчетом значений эффективных коэффициентов взаимной диффузии и энергии активации этого процесса, что позволило найти закон роста интерметаллпдного слоя и рекомендовать оптимальные для практической реализации режимы сплавообразования и гомогенизации ТНИПС из порошковых смесей компонентов в процессе ВРСс сохранением формы исходных спрессованных заготовок.

Изучены закономерности термокинетики ВРС порошковых смесей никеля с титаном и найдены условия предотвращения нежелательного неуправляемого процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, приводящего к саморазогреву, оплавлению и тепловому взрыву спрессованных заготовок,что позволило определить критерии получения никелида титана диффузионным синтезом в виде заготовок заданной формы с регулируемой и однородно распределенной по объему микропористостью.

Изучены закономерности и разработана методология диффузионного синтеза и гомогенизации ТНИПС, близких к эквиатомному и эвтектическому составам из свободно насыпанных смесей компонентов при ВРС, и выяснены условия получения высокопористых рыхлых легко размалываемых спеков и дисперсных сплавов требуемой гомогенности.

Выяснены общие принципы формоизменения, уплотнения и полного устранения пор при .вакуумном горячем деформировании спеченных заготовок никелида титана. Предложено уравнение зависимости коэффициента вытяжки от степени осадки последних при обработке давлением и установлен критерий, опредслящий необходимую деформацию для получения плотных высокопрочных заготовок.

Установлены закономерности структуроизмснений при горячем деформировании и последующей термической обработке и показана возможность управления фазовым составом и свойствами порошкового никелида титана для получения высоких значеннй прочности, твердости, износостойкости и криогенных температур проявления ЭПФ при доминировании высокотемпературной фазы В2 или для проявления ЭПФ при положительных температурах,что обеспечивается доминированием низкотемпературной мартенситной фазы В19. При наличии двухфазной структуры В2 и В19 никелид титана характеризуется наиболее высокими демпфирующими свойствами.

Обоснована перспективность легировании порошкового никсли-да титана, применения метода горячего гидродинамического выдавливания (ГГДВ) и создания композитов со связкой из легкоплавкого эвтектического ТН И ПС дня получения прогрессивных заготовок высоконагружснных детален ГТД и инструментов.

Установлены основные принципы управления структурой и свойствами титанонпкелевых интермсталлндных и других порошковых сплавов при получении прогрессивных заготовок высоконагружснных деталей ГТД и инструментов, в том числе и дисперсных (метал-лоабразивная дробь и микрошарнки). позволяющие сформулировать методологию разработки новых технологических схем изготовления различных изделий из вновь создаваемых ТНИПС и композитов.

Практическая значимость

Результаты исследования позволили:

- разработать основные принципы создания новых порошковых высококачественных материалов с ЭПФ и высокими механическими и демпфирующими свойствами;

- разработать методологию проектирования технологических процессов изготовления прогрессивных заготовок высоконагружснных деталей компрессора и криомуфттермомеханических соединений (ТМС) трубопроводов ГТД из порошкового никелида титана и других ТНИПС;

- предложить новые модели диффузионных пар — ППДГ1 системы титан-никель для исследования термокинетпки образования и роста титаноникелсвого интсрмсталлидного слоя;

- предложить методику определения значений параметров взаимной диффузии по результатам модельных экспериментов с ППДП для расчетного прогнозирования оптимальных режимов диффузионного синтеза и гомогенизации никелида титана и других ТНИПС при ВРС заготовок, спрессованных из смесей порошков компонентов;

- разработать технологические процессы получения спеченных материалов с регулируемой мпкропористостьюдля изготовления из них плотных высокопрочных заготовок или днспсрсных ТНИПС;

- разработать методологию изготовления днспсрсных ТНИПС, близких к эквиатомному и эвтектическому составам для производства прогрессивных заготовок высоконагружснных деталей компрессора и криомуфт ТМС трубопроводов ГТД из легированного порошкового никелида титана и композиционных материалов инструментов и защитных покрытий;

- разработать технологические процессы горячего деформационного уплотнения и формообразования различными методами обработки давлением (прессование, прокатка, ГГДВ) высокопрочных заготовок из спеченного или дисперсного никелида титана;

- показать возможность получения металлических порошков восстановлением оксидов практически с такой же активностью к спеканию, какой обладают промышленные карбонильные и электролитические порошки, для снижения себестоимости изготовления заготовок деталей и инструментов;

- разработать технологические процессы производства дисперсных инструментов для прогрессивных видов финишной обработки деталей ГТД: металлоабразивная дробь для виброгалтовочных и микрошарики для пневмодробеструйных установок, а также показать перспективность использования для этих целей новых ТНИПС.

Реализация результатов исследования

Результаты исследования были внедрены на предприятиях АО «Двигатели Кузнецова» и АО «Моторостроитель» г.Самара, п/я А-7844 и п/я Р-6209 г.Москва с годовым экономическим эффектом на общую сумму более 1710 тысяч рублей в ценах 1991 г.:

1. Технологический процесс получения металлоабразивной дроби для виброгалтовки деталей ГТД.

2. Технологический процесс получения микрошариков для пнев-модробеструйной обработки деталей ГТД.

3. Технологический процесс получения спеченного никелида титана в виде заготовок деталей широкого применения авиационного назначения.

4. Технологический процесс получения полых заготовок для кри-омуфт ТМС трубопроводов ГТД из никелида титана методами порошковой металлургии.

5. Технолопгческий процесс получения тонколистового проката из порошкового никелида титана.

6. Технологический процесс получения заготовок деталей ГТД из порошкового никелида титана и легированных сплавов на его основе.

7. Технологический процесс получения дисперсного никелида титана.

8. Технологический процесс получения дисперсного легкоплавкого эвтектического ТНИПС.

На защиту выносятся:

1. Концепция методологии диффузионного синтеза никелида титана и других ТМИ ПС из порошковых смесей компонентов в виде прессовок заданной формы или дисперсного сплава и получения из них уплотненных до беспорнстого состояния горячим деформированием заготовок высоконагруженных деталей компрессора и крио-муфт ТМС трубопроводов ГТД.

2. Обоснование выбора исходных структурно-неравновесных высокоактивных к спеканию промышленных порошков (карбонильного, электролитического и др.), режимов их подготовки и смешивания для обеспечения диффузионного синтеза ТНИПС в реальные сроки.

3. Аналитическая оценка механизма структурообразования восстановленного из оксида металла и технологические возможности получения восстановленных порошков по активности к спеканию адекватных карбонильным и электролитическим, но более дешевым.

4. Методика экспериментального исследования термокинетики диффузионного синтеза в специально созданных моделях — ППДП титан-никель интерметаллидного слоя и установленный закон его роста.

5. Теоретическое прогнозирование режимов ВРС для диффузионного синтеза ТНИПС из порошковых смесей компонентов по результатам рассчитанных с помощью установленного закона роста i 1 нтер металл 1 ш н о го слоя в ППДП значений эффективного коэффициента взаимной диффузии для разлитых температур.

6. Закономерности термокинетики ВРС порошковых смесей никеля с титаном в диффузионном режиме с образованием гомогенного никелида титана в виде заготовок заданной формы с регулируемой микропористостью.

7. Особенности термокинетики ВРС порошковых смесей никеля с титаном при получении высоко пор истых малопрочных спеков и из них дисперсных ТНИПС, близких к эквиатомному и эвтектическому составам.

8. Закономерности формоизменения и уплотнения при горячем деформировании спеченного и дисперсного никелида титана при получении беспористых высокопрочных заготовок заданной формы.

9. Методология проектирования технологических процессов получения заготовок высоконагруженных деталей компрессора и кри-омуфт ТМС трубопроводов ГТД из порошкового никелида титана и легированных сплавов на его основе.

10. Закономерности структуроизменений при горячем деформационном уплотнении спеченного никелвда титана и последующей термической обработке полученных заготовок.

11. Технологические процессы производства дисперсных инструментов для виброгалтовки и пневмодробеструйной обработки деталей ГТД и методология создания для этих целей композитов со связкой из ТНИПС.

Достоверность результатов исследований гарантируется использованием современных методов исследования и экспериментальной базы, точностью измерений приборами, которые проходили госповерку, контролированием условий проведения эксперимента, статистической обработкой результатов измерений, согласованием расчетных и экспериментальных данных, положительной практикой лабораторных и опытно-промышленных испытаний, а также внедрения в моторостроительную промышленность рада конкретных технологических процессов и рекомендаций.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Всесоюзных, международных, республиканских и отраслевых конференциях и семинарах: «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов», Самара, 1979,1989, 1992; «Материалы порошковой металлургии в машиностроении», «Применение порошковых композиционных материалов и покрытий в машиностроении», «Проблемы современных материалов и технологий производства наукоемкой продукции», Пермь, 1971, 1985,1993; «Материалы с ЭПФ и их применение», Ленинград-Новгород, 1989, С.-Петербург, 1992, «Прикладная рентгенография металлов», Ленинград, 1990; «Сплавы со свойствами сверхупругости и памяти формы и их применение в технике», Киев, 1980, Томск, 1985, «Сверхупругость, эффект памяти и их применение в новой технике», Воронеж, 1982; «Методы получения и исследования новых порошковых материалов и изделий», Пенза, 1988, «Свойства порошковых композиционных материалов и покрытий, технология их получения с применением импульсных нагрузок и обработки давлением», Волгоград, 1988, 1989, «Разработка и внедрение прогрессивных методов порошковой металлургии и нанесения покрытий», Москва, 1992; «Горячее прессование», Новочеркасск, 1982, 1985; «Теплофизика технологических процессов», Тольятти, 1988; «Порошковая металлургия», Запорожье, 1969, Ташкент, 1979, Киев, 1985, Свердловск,

1989; конструкционная прочность двигателей», «Надежность механических систем», «Проблемы и перспективы развития двигателей в Приволжском регионе», Самара, 1991, 1995, 1997.

Публгасаиии

Основное содержание диссертационной работы отражено в 70 печатных работах (включая авторские свидетельства и патент), опубликованных в академических и научно-исследовательских журналах, сборниках трудов и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка используемых источников и приложения. Работа изложена на 201 стр.машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками и 27 таблицами, содержит список литературы из 184 наименований. Приложен ле содержагт схемы технологических процессов, акт об испытании демпфирующих свойств, акты о внедрении результатов работы на предприятиях авиационной промышленности.

Краткое содержание работы

Во введении и первой главе обоснована актуальность рассматриваемой проблемы физики твердого тела по изучению механизма струк-турообразоваиия никелида титана в процессах порошковой металлургии, ее научная и практическая значимость. Показано, что при традиционном методе получения никелида титана и др.ТНИПС плавлением с последующим горячим деформированием слитков в полуфабрикатах остается ликвация, которая затрудняет из-за придания сплаву горячей хрупкости обработку давлением при получении заготовок деталей. Плохая механическая обрабатываемость и большие потери сплава в стружку при изготовлении из них деталей требует использования других методов. Из новых методов наиболее перспективным является порошковая металлургия, которая с большим успехом была применена, например, для получения прогрессивных за готовок деталей турбины ГТД консолидированием горячим изо-статическим прессованием (ГИП) гранул -- мнкрослитков сложно-легированных жаропрочных никелевых сплавов.

Однако технологические процессы, связанные с распылением расплавов в гранулы оказались неприемлемыми для титановых сплавов из-за их высокой реакционной способности и загрязнения по этой

причине. В этой связи в передовых зарубежных странах ведутся поиски по разработке новых технологий синтеза никелкда титана из порошковых смесей никеля и титана при ВРС за счет взаимной диффузии или при в ысо ко з н сргетичсском размоле и осуществлении процесса механического легирования. Из полученного спеченного или дисперсного сплава методом ГИП исследуются возможности получения прогрессивных заготовок деталей.

Эти работы не вышли из стадии лабораторных экспериментов, опубликованные результаты разрозненны и не содержат из-за экономических и оборонных ограничений необходимой информации. По этой причине нельзя с достаточной достоверностью оценить уровень научных и технологических достижений, значимость влияния различных многочисленных факторов на структуру и свойства синтезированного сплава и возможность получения высокзгх механических и служебных характеристик. Объясняется это тем, что вопросы разработки технологических процессов синтеза нцкелцдаттана и получения его методами порошковой металлургии в виде заготовок деталей весьма сложные и требуют целенаправленных научных изысканий.

Анализ литературных данных и результатов исследований, выполненных в ОНИЛ-4 СГАУ по разработке технологических процессов изготовления методами порошковой металлургии заготовок деталей и инструментов из различных сплавов и композитов позволил обосновать выбор направления исследования и сформулировать цель и задачи данной работы.

Цель работы заключается в изучении влияния технологических факторов на строение и свойства порошковых материалов и на основе установленных закономерностей осуществить выбор режимов и последовательность технологических операций и создать пористые, плотные и дисперсные никслид титана и др. ТНИПС и композиты с управляемой структурой и высокими физико-механическими и функциональными свойствами, а также разработать методологию, новые технологические процессы получения и рекомендации для промышленного внедрения из созданных ТНИПС и композитов прогрессивных заготовок высоконагруженных деталей ГТД и инструментов (металлоабразивная дробь для виброгалтовки и микрошарики для пневмодробеструйной обработки деталей), улучшающих тсхнико-такп!ческие характеристики и конкурентоспособность двигателей и аэрокосмических летательных аппаратов.

Задачи работы:

1.Определить требования к исходным порошкам и технологическим режимам диффузионного твердофазного синтеза порошкового никелидатитана и на основе анализа тсрмокинетических закономерностей структуро- и сплавообразования и гомогенизации при взаимодействии компонентов в процессе нагрева в слоях биметалла и смесях порошков как путем теорет ическкх расчетов по законам физики равновесных твердых тел, так и выяснения поведения специально созданных экспериментальных моделей — структурно-неравновесных ППДП никель-титан.

2. Разработать методологию технологических процессов и контроля подготовки исходных порошков и приготовления из них смесей с выяснением возможностей снижения их стоимости, повышения чистоты, качества смешивания и ускорения диффузионного синтеза никелидл титана при спекании на основе теоретических и эксперимсктадькых исследований влияния условий получения и обработки порошков на их диффузионную активность, чистоту и однородность смешивания.

3. Разработать методологию технологических процессов и контроля диффузионного твердофазного синтеза никелида титана в виде заготовок с регулируемой пористостью на основе экспериментального изучения и понимания управления термогашетичесюши закономерностями сплаво- и струкхурообразования при ВРС свободно насыпанных и уплотненных холодным прессованием порошковых смесей никеля и титана и определения механических и функциональных свойств спеченного сплава.

4. Разработать методологию технологических процессов уплотнения и формоизменения пористых заготовок спеченного никелида титана горячим деформированием (прессованием, прокаткой) и комплексной технологии производства плотных заготовок высоканагру-женных деталей ГТД на основе экспериментального изучения влияния температурно-силовых воздействий на процессы удаления пор, формо- и структуроизменения при термомеханической и последующей термической обработках с целью достижения требуемых размеров, формы и уплотнения заготовок и оптимальной структуры сплава, обеспечивающей высокие прочностные и функциональные свойства изготовляемым изделиям.

5. Разработать методологию технологических процессов создания (кроме зквиатомнего — никелида титана) эвтектического и любых

по составу ТНИПС, в том числе и легированных, а также других сплавов и композитов в дисперсном, с регулируемой пористостью и плотном высокопрочном состояниях, а также проектирования новых и совершенствования существующих прогрессивных технологий производства заготовок детален ГТД и инструментов для их обработки на основе экспериментатьного изучения и понимания управления закономерностями структуро- и сплавообразавания, консолидации и уплотнения, структуро- и формоизменения, определения физико-механических и функциональных свойств исследованных сплавов и композитов на всех стадиях выполнения многочисленных технологических схем и операций.

6. Дать научно обоснованные рекомендации по применению созданного порошкового никелида титана и разработанной методологии проектирования технологических процессов производства из него прогрессивных заготовок высоконагруженных деталей компрессора и криомуфт ГТД,

7. Внедрить разработанные технологические процессы изготовления дисперсных инструментов из металлоабразивной дроби и микрошариков для виброгалтовки и пневмодробеструйной обработки лопаток и др.деталей ГТД в моторостроительное производство.

В главе 2«Теоретический анализ диффузионного взаимодействия никеля и титана» рассмотрены аналитические методы анализа взаимной диффузии в бинарных системах на основе второго закона Фика, выведенных из него уравнений Даркена и Гегузнна, теории Матано-Больцмана с учетом температурной зависимости Аррениуса. Аналитическим путем были определены значения коэффициентов взаимной диффузии никеля и титана для температур в области температурного режима спекания 1073-1273 К и установлено концентрационное распределение этих компонентов при разных температурах в диффузионной зоне биметалла. При этом показана преимущественная диффузия никеля в титановую половину биметалла по отношению к диффузии титана в никель, а также крайне медленное развитие диффузионной зоны даже при самой высокой температуре, тем более это относится к формированию интерметал-лидного слоя никелида титана.

Так, по расчету для достижения эквиатомной концентрации (отвечающей составу никелида титана) в титановой половине биметалла на глубину 5 мкм требуется 50 ч, за это время в никелевой половине такая концентрация создается в слое менее 1 мкм. Даже с

учетом установленного Гегузиным геометрического эффекта зквиа-томная концентрация достигается в сферических частицах порошковых смесей компонентов при температуре 1273 К за 50ч для частиц с диаметром 20 мкм, более 600ч с диаметром 80 мкм, что для практики нереально.

Однако теоретические расчеты неточны из-за ряда допущений при определении коэффициентов взаимной диффузии и дают заниженные результаты, но все же содержат практические выводы о преимущественной диффузии никеля в титан, уменьшении размеров порошковых частиц, повышения термодинамической нестабильности исходных порошков или смесей, например за счет неравновесности условий получения или дополнительных обработок, увеличивающих дефектность кристаллических решеток и диффузионную активность спекаемых порошковых объектов. Последние, как известно, могут иметь на два-три порядка выше значение коэффициентов диффузии^ чем в равновесных металлах.

Учет указанных выводов позволяет рассчитывать на то, что диффузионный синтез ТНИПС. из порошковых смесей компонентов при ВРС должен осуществляться в реальные сроки. Кроме того, рассмотрен математический аппарат метода Матано-Больцмана для определения значений коэффициентов взаимной диффузии из данных модельных экспериментов с диффузионными парами. Анализ Матано-Больцмана применим для оценки диффузионных параметров как в однофазных, так и многофазных бинарных системах. К последним относится и система титан-никель. Достоинством метода является возможность графического расчета по экспериментальным кривым распределения в диффузионной зоне значений коэффициента взаимной диффузии и его концентрационной зависимости, а также усредненные значения гак в интерметаллидном слое, так и во всей диффузионной зоне.

В главе 3 "Экспериментальное исследование взаимной диффузии и структурообразования диффузионной зоны между никелем и титаном" представлены результаты анализа существующих способов получения диффузионных пар, разработки ППДП из промышленных порошков пшриднокапьциевого восстановления титана и карбонильного никеля в одном и электролитического никеля во втором варианте, поиска новой методики исследования процесса взаимной диффузии при нагреве в вакууме ППДП и экспериментов по образованию диффузионной зоны и интерметаллвдного слоя в ней в

зависимости от режимов термической обработки ППДП, а также расчета энергии активации и эффективного коэффициента взаимной диффузии в ППДП в интервале температур 973-1273 К поданным микроструктурного анализа и спектрограммам концентрационного распределения компонентов, полученных на рентгеновском микроанализаторе фирмы «САМЕСА».

Показана необходимость послойного прессования порошков титана и никеля с обязательным охватыванием вторым слоем по краям первого и повышением удельного давления прессования в 2 раза (до 500 МПа) для получения качественных цилиндрических ППДП. После ! ч нагрева в вакууме 10 3 Па при температуре 973 К обнаружены признаки появления диффузионной зоны, но только при температурах выше 1073 К с такой же выдержкой он четко выявляется на всех травленых по специальной методике микрошлифах ППДП. Со стороны никелевой половины отожженных при высоких температурах ППДП располагается слой интерметаллидов, а за ним в сторону титана — обширная переходная область, состоящая из структур с мелкозернистой эвтекгоидной составляющей (заэвтектоодная, эв-тектоидная и доэвтектоидная) в соответствии с диаграммой состояния титан-никель. Микроскопическим анализом и замером микротвердости показано разрастание диффузионной зоны с повышением температуры до 1273 К, при этом слой интерметаллидов достигает 30 мкм за счет преимущественной диффузии никеля, что приводит к образованию диффузионной пористости в прилегающей к интерметалл идиому слою никелевой половине ППДП.

На основе экспериментально установленного различными авторами параболического закона роста интерметаллидов в многофазных бинарных металлических системах (в том числе и в системе титан-никель) проведен расчет значений эффективного коэффициента взаимной дифузии в ППДП для температур 1073, 1173 и 1273 К, которые оказались равными соответственно 5Т0"и, 3-Ю"10 и М0"9см2 с"!, и установлено совпадение полученных результатов в различных опытах с использованием микроскопического и рентгеновского микроанализа. Кроме того, расчеты и по методике Матано-Больимана подтверждают достоверность полученных значений указанной характеристики. Величина энергии активации процесса взаимной диффузии в интерметаллидном слое ППДП найдена по температурной зависимости Аррениуса. По полученным значениям энергии активации П83 кДж-моль'М и эффективных коэффициентов взаимной диффузии установлена величина предэкспоненциального

множителя, что позволило вывести основополагающие математсгчес-кие зависимости эффективного коэффициента взаимной диффузии от температуры и закон роста интерметаллидного слоя в диффузионной зоне ППДП при изотермическом нагреве в пределах температур 1073-1273 К:

При этом выявлены важные особенности активации диффузионных процессов в ППДП по сравнению с компактными диффузионными парами, выразившиеся в значительном повышении средней длины диффузионного скачка атомов(из-за чего предэкспонении-онный множитель вырос на четыре порядка) и ее достаточной устойчивости к влиянию возрастания температуры нагрева. Это обусловлено более благоприятными и более стабильными малозависимыми от температуры путями «быстрой>>диффузии по местам «разрыхленной» кристаллической решетки, какими являются поверхности частиц порошков или пор и приповерхностный слой. Наличие пористости до 40% в ППДП, сильно сокращающее плошадь сечения диффузионных потоков, не позволяет (если не учитывать данного фактора в расчетах) выявить преимущества в диффузионной активности порошковых систем при нагреве ниже температуры 1173 К.

Эффект от взаимной диффузии в этом случае оказывается более существенным в компактных диффузионных парах, которые к тому же изготоеляхтгея часто ьысокоэнергетическими процессами, например взрывом, и содержат пути «быстрой» диффузии главным образом за счет многочисленных дислокационных нарушений кристаллической решетки, залечиваемых повышением температуры нагрева в результате рекристаллнзационных процессов. При температуре 1173 К эффект от взаимно]') диффузии становится одинаковым и для ППДП. выше же этой температуры преимущество диффузионно]*! активности ГШДП становится подавляющим. Полученные значения эффективных коэффициентов взаимной диффузии позволили по формуле Гегузиыа оценить время сплавообразования и гомогенизации в частицах порошковых смесей в интервале температур 1073 - 1273К и показать, что эти процессы в реальной порошковой системе завершаются на три порядка быстрее, чем по данным теоретического расчета для равновесных компактных биметаллов. По соотношению между толщиной интерметаллидного слоя в ГШДП и радиусом по-

1>эфф = 0,06-ехр (-133000 / ЛТ) х2 = 0,12 ( ехр (-183000 / ЯТ)

(О

(2)

рошковых частиц, в которых проходит процесс синтеза сплава при указанной температуре нагрева, предложен закон образования ТНИПС при ВРС по диффузионному режиму из порошковой смеси компонентов:

г2 = 0,2 /ехр (-183000 / КГ). (3)

Модельные эксперименты и основанные на их результатах теоретические расчеты позволяют прогнозировать температурно-времен-ные режимы ВРС порошковых смесей компонентов для достижения сплаво- и структурообразования ТНИПС а разумных для практического использования рамках.

В главе ^"Обоснование выбора исходных порошков и режима их смешивания" обсуждены преимущества промышленных порошков карбонильного и электролитического никеля в отношении их повышенной диффузионной активности при спекании и необходимость подвергать их для повышения чистоты вакуумному отжигу при температурах не выше 0,4ТШ, чтобы сохранить исходную дефектность кристаллической решетки и, следовательно, повышенную активность к спеканию при получении за счет взаимно!! диффузии ТНИПС. То же самое следует осуществлять и с порошком титана, но по более строгим режимам, т.к. последний склонен к насыщению кислородом даже в глубоком вакууме. Кроме указанных промышленных порошков никеля и титана пщриднокальцневого восстановления и электролитического для синтеза ТНИПС можно использовать разрабатываемые восстановленные порошки никеля и порошки сплавов на основе никеля и основе титана. Восстановленные из оксида порошки никеля по активности к диффузионным процессам при нагреве можно получить на уровне карбонильного и электролитического за счет низкотемпературного режима восстановления, при котором создаются сильно неравновесные условия образования металла.

Теоретический анализ расположения атомов металла в кристаллической решетке оксида и ситуации (после удаления из нее при восстановлении водородом атомов кислорода) возникновения металлической связи в сообществе освободившихся от кислорода, но еще удаленных друг от друга, как в очень перегретом жидком металле атомов, которые оказались вдруг переохлажденными до весьма низкой температуры, позволил выяснить в соответствии с ионной тео-

рией металлов резко неравновесные условия струкгурообраэованпя восстановленного металла и возможность его получения при температурах восстановления ниже 0,4 Т|(Л в аморфном вш,е. Такой вывод получен после расчетов по предложенным формулам зависимости удельной работы образования зародыша кристаллов (приравненной к величине выигрыша свободной энергии при сближении атомов металла из неравновесных в места равновесия для заданных температур) от межатомных расстояний

-'у ~ «г 3 2 2

'о + г1) - 2гв • П

крр в 1

и зависимости радиуса критического зародыша кристалла от ДД при безфлуктуацнонной спонтанной кристаллизации конденсированного металла

7Ла пк /V» ■ с

крр

24 атеМА-а* -г?-г?

ЯКР р(гя - п)\16те ■ и0 . Г0 ■ ^ . Гв - • Г • И2{г~ + г,)] >

где ио - полная энергия связи кристаллической решетки при температуре абсолютного нуля; - число Авогадро; «крр - базис элементарной ячейки кристаллической решетки; £?кр - параметр кристаллической решетки; - разновесное расстояние .между атомами

при абсолютном нуле; - межатомное расстояние при заданной

температуре; гв - межатомное расстояние в хати он ной под решетке оксида; а - коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела фаз; А - постоянная Планка; Г - параметр Грюнайзена; те -

масса покоя электрона. При близких значениях г() и их можно приравнять ¡1 тогда уравнения (4) н (5) примут вид;

. , «/о- "кр р ( г

АЛ = --------

) ' (6)

За • N

крр

'А

V0 ' пкр р

'1)

Экспериментальная сравнительная оценка значений энергии активации спекания свободно насыпанных порошков никеля карбонильного. электролитического и низковосстановленного (при температуре 663К равной 0,38ТМ) показала близость их сильно неравновесного исходного состояния, что обусловило для этих порошков практически одинаковую активность в термокинетических процессах консолидации. Перед использованием для приготовления смесей необходимо удалить влагу и уменьшить содержание примесей в исходных порошках. Для этого следует проводить низкотемпературный вакуумный отжиг при 573 К для карбонильного и электролитического никелевого порошка. Такой отжиг при 0,ЗЗТач не уменьшает их активности к спеканию, ввиду сохранения высокой дефектное™ кристаллической решетки.После отжига в вакууме 10"3 Па анализ газов и углерода методом вакуум-плавки показал на значительное снижение кислорода, азота и углерода в карбонильном и углерода в электроличееком порошках никеля (табл. Г).

Таблица 1

¡'.орошок

Содержание, % мпсе

кислород

азот

углерод

никеля П Н К-1: исходный

отожженный при 573 К, 2 ч ПНЭ-1: исходный

отижжнный при 573 К. 2 ч титана HTM: исходный

отожженный при 673 К. 16 ч

0,080 Ü.037 0,083 0,077 0,260 0.310

0,0020 0,0010 0.0012 0.0018 0,0610 0,0220

0,008 0,005 0,017 0,009 0,035 0.042

Длительный вакуумный отжиг титанового порошка (при 0,35 Та1) не снижает, а даже увеличивает содержание кислорода. Понижение температуры и продолжительности отжига не позволяет эффективно удалить влагу, а повышение температуры и выдержки способствует поглощению титаном кислорода. Ввиду этого при выбранной температуре отжига для снижения содержания кислорода в титане следует использовать порошок с крупными частицами, вводить малые добавки углеродосодержащих веществ, образующих при нагреве газообразные соединения с кислородом, удаляемые в вакууме, и проводить все операции с нагревом (отжиг, спекание) в глубоком вакууме желательно с остаточной средой инертного газа.

Смешивание порошков очень важная операция. Смешивание порошков никеля и титана необходимо строго контролировать (магнитным или др. методами) по коэффициенту неоднородности смеси, чтобы достичь требуемой однородности смеси, которая обусловливает устойчивость режима ВРС и высокое качество спеченных ТНИПС. Смешивание в барабанном смесителе за время от 2 до 4 ч обеспечивает высокую однородность порошков никеля и титана (значения коэффициента неоднородности от 1,5 до 4,8 %). Дальнейшее продолжение этой операции ведет к проявлению первых стадий механического легирования с получением композиционного порошка, состоящего из частиц со слоями из компонентов. При этом магнитный метод контроля смешивания оказывается неприемлемым.

В главе 5"Сплаво- и структурообразование и свойства никелида титана, синтезированного при вакуумном твердофазном реакционном спекании промышленных порошков никеля и титана" предложена новая технология и изучены условия холодного прессования и программированного прецизионного нагрева при ВРС прессовок без образования жидкой фазы и полном подавлении нежелательного процесса СВС, а также проанализированы данные микроструктурного исследования, кинетика фазовых изменений, получаемых физико-механических, технологических и функциональных свойств (характеристики ЭПФ) пористых ТНИПС после различных режимов спекания. Порошковые смеси никеля с титаном, близкие к эк-ватомяому составу, хорошо прессуются при комнатной температуре и удельных давлениях от 300 до 1200 МПа. Спеканию в вакууме 6,65-10"3 Па подвергли прессовки с пористостью от 20 до 40% и свободно насыпанные смеси (пористость 50-57 %) и установили зависимости плотности, электросопротивления, твердости, временного сопротивления на разрыв, геометрических размеров, микроструктуры и фазового состава от режимов ВРС и природы использованных исходных порошков никеля (карбонильного и электролитического).

Анализ выявленных закономерностей сплаво- и струкгурообразо-вания никелида титана при ВРС прессованных и свободно насыпанных порошковых смесей компонентов показал, что при нагреве до 1073 К с выдержкой 2 ч при этой температуре образуются пнтерме-таллидные фазы и в первую очередь Ть№. Только повышение температуры до 1273 К обеспечивает диффузионный синтез никелида титана в модификации В2 без образования жидкой фазы. В пористых спеченных ТНИПС с 55,56 и 57 масс. % никеля все же сохрани-

ется небольшое количество "П,№ и после ВРС при 127.3 К. При этом из-за образования диффузионной пористости и давления синтезированных интерметаллидов происходит разбухание прессовок, которое сменяется по завершению сплавообразования усадкой, приводящей к температуре 1473 К плотность прессовок к исходной. Однако процесс уплотнения при ВРС более активно проходит в прессовках из исходных смесей с карбонильным никелем по сравнению с электролитическим, и главное более ускоренно идут процессы синтеза и гомогенизации ТНИПС с более высокими физико-механическими свойствами (табл.2).

Таблица 2

Характеристики прессовок, спеченных при температурах. К (за 2 ч)

1073 1223 1273 ¡373 1473

Пористость, %

(исх. смесь с карб. ник.) 24 29 29 26 17

{-»- с апекгродитич.никелем) 22 30 30 31 29

Время сопротиал. на разрыв, МПа

(исх. смесь с карб. кик.) 22 54 73 96 147

(-!-- электролитам, никелем) 23 3? 50 65 76

Время сопротнапення на изгиб, МПа

(исх. смесь с карб. ник.) 150 175 200 200 400

(->>- электролитич. никелем) 75 100 150 . 200 200

Степень свободной осадки, %

(исх. смесь с кар&. ник.) 1» 27 32 32 15

(-»- пегаролитич. никелем) 16 22 39 30 12

да появления трещин

С повышением температуры ВРС повышается прочность и электропроводность прессовок (даже в интервале их разбухания до 1273 К), но из-за огрубления структуры при температурах выше 1373 К пластичность ТНИПС резко понижается. ТНИПС, полученные диффузионным синтезом при ВРС в интервале температур 1073-1373 К из свободно насыпанных смесей, с пористостью 50-57 % также высокопластичны в холодном состоянии, что позволяет осуществить их осадку в закрытых стальных штампах на 38-43 % и 33-38 %, соответственно для исходных смесей с карбонильным и электролитическим никелем при его содержании 56 и 57масс. %. Снижение содержания никеля в исходной смеси до 55 масс. % понижает пластичность

высокопористого ТНИПС (степень осадки падает на одну треть). Определение характеристик ЭПФ при испытаниях на сжатие с последующими низкотемпературными нагревами показало, что спеченные ТНИПС обладают не меньшей степенью термоупругого восстановления формы, чем и компактный никелид титана - 4 % (и даже более). Испытания на изгиб также показали наличие ЭПФ успечен-ного сплава. При этом бьшо устаноааено снижение температуры критических точек прямых и обратных мартенситных превращений с -ростом температуры ВРС от 1073 до 1473 К по мере повышения гомогенности и растворимости вторичных фаз из области выше комнатной к комнатной и даже ниже ее. Для ТНИПС, в исходную смесь которого входил карбонильный никель, после ВРС уже при температуре 1073 К образуется достаточное количество однородного никелгща титана, чтобы проявились маргенешные точки М„ при 340 и Мк при 200 К, а точки обратного мартенситного превращения Ан при 250 и Акпри 370 К.

Мартенситные точки были обнаружены только после ВРС выше температуры 3223 К для ТНИПС, полученных из исходной смеси с электролитическим никелем. Режим ВРС при температуре 1273К обеспечивает одинаковую гомогенность ТНИПС независимо от природы никеля в исходных смесях, что отражается одинаковым положением критических точек Мн при 280 и Мк при 195 К, а также А,, при 260 и Ак при 320 К. (для состава с 57 масс. % никеля). Понимание процессов сплаво- и структурообразования пористых сплавов ¡53 порошковых смесей никеля и титана при ВРС без СВС и появления жидкой фазы позволяет создать ТНИПС с ЭПФ и регулируемой пористостью, обладающими высокими для пористого состояния физико-механическими и функциональными свойствами и разработать прогрессивные наукоемкие технологии изготовления таких деталей аэрокосмической техники, для которых ЭПФ является основным служебным свойством (фиксаторы, уплотнители, разъединители и т.п.), а также коррозионно-стойких фильтров, биологически совместимым с живыми тканями имплантантов и др. Однако наиболее перспективна разработанная технология получения пористых заготовок-полуфабрикатов для производства беспористых высококачественных ТНИПС и изделий из них современными методами горячего пласт! пес ко го деформирования.

В главе 6 "Структурообразование, свойства и разработка технологических процессов получения горячеуплотненного никелидатита-

на" обобщены результаты исследования уплотнения, формо- и струк-туроизменений порошковых смесей компонентов и спеченных ТНИПС различными видами горячего пластического деформирования и проанализированы возможности управления этими процессами с целью достижения беспористого состояния, мелкозернистости, требуемого химического и фазового составов, наиболее приемлемой формы заготовок при отсутствии дефектов и высоких конечных физико-механических, и функциональных свойств.

Изучение закономерностей уплотнения, сплаво- и структурооб-разования при пластическом деформировании в интервале температур 903-1273 К и давлений от 10 до 100 МПа холодноуплотненных порошковых смесей показало возможность объемной диффузионной сварки частиц никеля с титаном и полного устранения пористости с получением крайне гетерогенной структуры. Применение высокотемпературных длительных вакуумных отжигов при 1173 и 1273 К обеспечивает достижение полной гомогенизации и образования ТНИПС со структурой доминировании фазы В2 в горячеуплот-ненных заготовках с одновременным их разуплотнением (разрыхлением) за счет образования диффузионной пористости из-за разницы парциальных коэффициентов диффузии никеля и титана. Для ее устранения вновь необходимо подвергать отожженные заготовки высокотемпературной обработке давлением.

Более рациональным является путь получения плотных ТНИПС из пористых спеченных, поскольку в последних процессы синтеза завершены и поэтому их горячее пластическое деформирование до беспористого состояния в вакууме или в защитных герметичных металлических оболочках проходтгг так же просто, как и в др. гомогенных сплавах (сталях, никелевых, титановых). При этом обжатие при давлении 200 МПа можно проводить в широком диапазоне температур от 1173 до 1373 К, не опасаясь горячей хрупкости, что выгодно отличает ТНИПС от литых сплавов на основе никелида титана. Горячее деформирование ТНИПС при температурах выше 1223 К (что более 0,8ТГ1Л для никелида титана) полностью отвечает условиям горячей обработки давлением, обеспечивающим устранение пор и получение рекристаллизованной мелкозернистой структуры. Деформирование ниже этой температуры, как свидетельствуют размытые пики на рентгеновских дифрактограммах, сохраняет наклепанное состояние в уплотненном сплаве. Свободная осадка пористых ТНИ ПС в указанном интервале температур может достигать 70 и даже 80% при прокатке.

При этом при пористости около 40% осадка по толщине на такую же степень деформации - еЛ не дает одинаковой вытяжки с заготовкой из компактного материала. Она незначительна, так как формоизменение и уплотнение в пористой заготовке происходит за счет сплюшивания пор. Если допустить полное уплотнение до беспористого состояния при равной начальной пористости заготовки - 9, и сохранении высокой пластичности при всех степенях осад-га!, а также отсутствии боковой вытяжки, то при дальнейшей деформации зависимость коэффициента линейной вытяжки приведенного к компактному состоянию материала - от е/, будет выражаться в соответствии с условием равенства объема металла до и после прокати! исходной пористой заготовки как

1-6

»^иТь- (8)

Для исходной беспористой заготовки, как известно, коэффициент линейной вытяжки - при отсутствии боковой равняется

щ = (9)

1-е/,

Анализ экспериментальных данных позволил предложить математическую зависимость р® спеченных заготовок никелида титана от е/, при его горячей прокатке: ,0 'м.г.

Первое слагаемое уравнения соответствует коэффициенту линейной вытяжки компактного сплава, а второе выражает уменьшение последнего из-за наличия пористости в исходной заготовке. Пористость и степень осадки берутся в относительных единицах. Построенная с использованием уравнений (8), (9) и (10) номограмма позволяет по точке схождения кривых зависимостей (8) и (10) при известной начальной пористости заготовки найти степень осадки ее до компактного состояния и достигаемое при этом значение коэффициента вытяжки. Кроме того, на кривой зависимости (9) найти точку для данной вытяжки и по ней определить степень деформации металла заготовки.

Предложенная зависимость хорошо описывает кинетику формоизменения при горячей уплотняющей прокатке спеченного ТНИПС с исходной пористостью до 60 %. Расчет по формуле (10) дает следующие значения коэффициента линейной вытяжки для различных величин исходной пористости и степенен осадки при горячей прокатке спеченных заготовок из ТН И ПС (табл. 3).

Таблица 3

Исходная пористость. % Коэффициент линейном вытяжкл при осадке на. % 20 40 60 80

40 1,03 !, 16 1.54 2,92

20 1.14 1,41 2.02 3,96

0 1,25 1,66 2.50 5,00

После горячей прокатки с осадкой от 40 до 60 % при исходной пористости 40 % ТНИПС сохраняет остаточную пористость от 5 до 1.5 %, что указывает на высокую стабильность закрытых измельченных пор. При сохранении такой пористости ТНИПС в отличие от литого никелида тктана имеет более высокую прочность (табл. 4)

Таблица 4

Временное солроги&тенпе на разрыл никелида титана рахчичного происхождения. МПа

Много крат. ЭДП Переплав после СВС и горячее деформирование ТНИПС спеченный

Литой до после после горяч, деф. с ц, %

горячего деформирования 1-крат. 3-крлт. 0 40% 43 55-58 65-70 72-75

450 980 1600 890 1500 96 550 690-963 963-1372 1600-2050

Экспериментально выясненная связь между деформационными параметрами горячего деформационного уплотнения и физико-механическими свойствами ТНИПС уточняет технологические критерии достижения в обработанном давлением сплаве беспористого вы-

сокопрочного состоянии. Для ТН И ПС с исходной пористостью 40 % при горячей прокатке только при осадке свыше 72 % достигаются наивысшие свойства. В изломе образцов горячеуплоткенных ТНИПС наблюдается характерное для вязкого разрушения строение поверхности (фрактографический анализ на растровом электронном микроскопе). Относительное удлинение образцов такого сплава достигает 20 %. Микро- и электронно-сконическим, рентгеноструктурным и микрорентгеновским анализами выявлено присутствие в беспористом ТНИПС после горячего деформирования в доминирующей фазе В2 устойчивых глобулярных включений фазы Ть№ размером от 0,5 до 3 мкм относительно регулярно распределенных в матрице на расстояниях от 3 до 30 мкм по границам зерен, миграцию которых при нагревах до высоких температур они активно тормозят, обеспечивая высокую мелкозернистость на порядок меньшую, чем в горячем деформированном .литом шгкслидс титана. ТНИПС, созданные по разработанным оригинальным наукоемким прогрессивным технологическим процессам, отличаются высокой чистотой, соответствующей техническим требованиям на многократно ЭДП промышленный никелид титана. Они высокопрочны, но хорошо обрабатываются давлением при нагреве (благодаря высокой пластичности), обладают ЭПФ и способностью изменять структуру и свойства в желаемом направлении за счет применения разработанных режимов термической обработки, позволяющих регулировать соотношение высокотемпературной и низкотемпературной фаз В2 и В19 и осуществлять растворение или выделение из фазы В2 мелкодисперсной фазы Т1№3, что дает возможность для практического использования в различных целях иметь ТНИПС с нужным уровнем температур мартенситных точек и температурного интервала формоизменений при проявлении ЭПФ.Термическая обработка горячеуплотненнмх ТНИПС оптимизирует структуру в сторону сбалансированности комплекса физико-механических и функциональных свойств целевого использования. Так, ТНИПС с положением мартенситных точек Ми выше и Му_ нцже комнатной температуры имеет очень высокие дем-пифирующие свойства на порядок большие, чем у промышленных титановых сплавов, предназначенных для лопаток компрессора современных авиадвигателей. ТНИПС с температурой мартенситной точки М„ ниже комнатной на 100 и более градусов можно рекомендовать для изготовления криомуфт, используемых для термомеханических соединений различных трубопродов в летательных аппаратах и двигателях (табл. 5).

Таблица 5

Напряжение, КШа Деформация кручения. % Температура, К

тс ( уп Vn у\п Упф м„ Мк Ан Ак

ТНИПС-57э (с 57 масс. % элеклролмтич. никеля в исходной смеси» после горяч, уплотнения термооАработан при 773 К. 50 ч

450 0 2.0 а.8 1.8 (5.3 350 270 350 550 450 450 1,8 6,9 0 4,5 350 190 430 720

ТННПС-57j после горяч, уплотнения термообработан при 873 К, 30 ч 450 0 1.8 8,8 1,8 7,0 300 130 330 580 459 450 1.6 8.4 0 5,3 270 130 380 580

ТНИПС-57э после горяч, уплотнения термообработан при 973 К, 10 ч 450 0 1.6 8.4 2.1 6.3 270 77 270 470 450 450 1.5 8.3 0 5.1 310 77 470 790

ТН!'ШС-57к (с карбонильным никелем в исходной смеси) после горяч.

уплотнения термообработан при 773 К. 50 ч

375 0 0,9 3.4 1,3 2.1 310 170 360 470

375 375 0.9 3.4 0 2,2 320 200 370 580

600 0 1.7 4,4 2-2 2.4 350 180 250 490

600 600 1.7 4.4 0 2,5 370 270 460 770

Максимальные рабочие наведенные касательные напряжения т„ и напряжения сопротивления тс для ТНИПС-57э достигают 600 МПа, а для ТНИПС-57к в 1,5 раза выше. С ростом тн возрастают значения упругой Туи , наведенной полной у п деформации закручивания при охлаждении образцов до 77 К (в жидком азоте), а после снятия нагрузки — обратной упругой при 77 К у'^ и при нагреве обратной

термоупругой (памяти формы) деформации раскручивания уПф. ТНИПС по своим характеристикам механических свойств и характеристикам ЭПФ близки к разрабатываемым высокопрочным горя-чедеформмроаанньш литым легированным сплавам на основе ни-

кслили титана. Однако их гистерезис обратимых маргенситньгх превращений и. следовательно, интервал термоупругости и формоизменении значительно больше.

Выявленные закономерности структуроизмснений в зависимости от природы исходных порошков, режимов уплотняющей термомеханической обработки спеченных ТНИПС и последующей термической обработки, а также влияния этих многочисленных факторов на физико-механичеекпе и функциональные свойства позволили заложить научные основы создания нового класса порошковых беспористых материалов с ЗПФ с высокими конечными свойствами и разработать оригинальные прогрессивн ые высокие технологические процессы производства из них полуфабрикатов и заготовок деталей с малыми припусками.

В ¿шве 7"Разработка новых порошковых материалов и технологических процессов получения из них различных видов технической продукции" анализируется опыт разработки методик проектирования, лабораторного исполнения, опытно-промышленной проверки и внедрения комплексных технологических процессов создания новых порошковых материалов и изделий из них для совершенствования технологии производства и выпускаемой аэрокосмической техники от сравнительно простых (металлоабразив, микрошарики и горячепрессованнып из порошковых смесей компонентов пермаллой) до знач1!тельно более сложных (ТНИПС дисперсные близкие к эквиатомному и эвтектическому составам, ТНИПС пористые и го-рячеуплотн е н ные беспористые).

Композиционны!! металлоабразивный материал был создан с целью повышения стойкости рабочего наполнителя виброгалтовочных установок (взамен боя абразивных кругов с др. добавками) прессованием и спеканием смесей порошков карбида кремния зеленого, железа и меди. По разработанной оригинальной технологии, внедренной на моторостроительных заводах МАП, из этого материала изготавливали металлоабразивную дробь в виде близкой к кубической форме призм со стороной около 5 мм. Использование такой металлоаб-разивной дроби с высокой режущей способностью, прочностью и пластичностью (благодаря частиц абразива и железомедной связки) для виброгалтовочной финишной обработки деталей, повышает производительность от 3 до 5 раз, снижает себестоимость этой обработ-

ки и значительно улучшает условш труда обслуживающего персонала. В настоящее время возникла необходимость замены в металлоаб-разивном материале связки на ТНИПС для существенного улучшения функциональных характеристик металлоабразивной дроби, для чего созданы дисперсные ТНИПС различного состава (эквиатомно-го и эвтектического).

С целью повышения изкосо- и трешиностойкости, а также чистоты поверхности тонкостенных лопаток и др. деталей сложной формы, в том числе с наличием резьбы, из титановых и никелевых сплавов создан другой дисперсный инструмент — микрошарики размером 20-50 мкм для нового вида финишной обработки (пневмод-робеструйной), оригинальная технология изготовления которых также внедрена на моторостроительных заводах МАЛ с большим технико-экономическим эффектом. Применение микрошариков привело к появлению нового вица поверхностной обработки металлов, названной "обработкой микрошариками», обеспечившей тонкое регулирование параметров гачества поверхностного слоя и очень благоприятную эпюру остаточных сжимающих напряжении, что повысило ресурс обработанных деталей современных авиадвигателей от 2 до 15 раз.

Для дальнейшего совершенствования указанного дисперсного инструмента целесообразно его изготовлять также электроэрозно-ным диспергированием в углеродосодержащей жидкой среде из ТНИПС взамен высокоуглеродистой стали. Повышение стойкости микрошариков из ТНИПС обеспечит более высокий уровень надежности эксплуатации пневмодробеструиных установок и качеств;! финишной обработки деталей авиационных двигателей.

С целью совершенствования технологии изготовления магнитоп-роводов авиационных приборов из смесей исходных промышленных карбонильных порошков никеля и железа, плохо прессующихся в холодком состоянии, разработан новый технологический процесс получения пермаллоя и тороидальных магнитопроводов из него с высокими магнитными свойствами так в постоянных, так и особенно в переменных магнитных полях. Взамен традиционных основных операций холодного прессования и спекания в новом технологическом процессе включены операции горячего прессования и диффузионный отжиг. При этом было показано, что близкие по атомным размерам металлы VIII группы, образуя неограниченные твердые растворы б соответствии с равновесной двойной диаграммой состояния,

при высокотемпературном диффузионном отжиге с одинаковой активностью участвуют в диффузионных процессах сплаво- и струк-турообразования пермаллоя в гетерогенной горячеуплотненной матрице, обеспечивая достижение высоких механических и функциональных характеристик порошкового сшгава и изготавляе-мых из него изделий.

Однако такой технологический процесс оказался напригодным для получения ТНИПС из-за разуплотнения при диффузионном отжиге и снижения свойств, чтобы этого не было, необходимо заменить гетерогенную порошковую смесь на порошок сплава, создав наилучшие условия достижения высокой плотности и свойств в го-рячеуплотненном дисперсном ТНИПС. С этой целью были созданы дисперсные ТНИПС эквиатомного и эвтектического составов по разработанным оригинальным технологиям ВРС свободно насыпанных смесей порошков компонентов с консолидацией их в рыхлые спеки, размалываемых в порошок, с повторением этих операций и повышением температуры ВРС до полного завершения гомогенизации.

Новые дисперсные ТНИПС значительно расширяют технологические возможности получения различных изделий (пористых и плотных) из ТНИПС, а также создания новых легированных ТНИПС и композиционных материалов со сверхтвердыми составляющими типа карбидов, нитридов и др. Дисперсные ТНИПС пригодны также для напыления на детали износо- и коррозионно-стойких защитных пок-. рьггий газотермическими методами. Дисперсный ТНИПС эквиатом-ного состава использован при разработке технологического процесса получения плотного сплава методом горячего гидродинамического выдавливания на существующем производственном оборудовании. Для этого порошок сплава герметизировался в защитной среде в металлических капсулах. Опытно-промышленное изготовление плотных заготовок ТНИПС методом ГГДВ показало эффективность этого процесса при получении полуфабрикатов ТНИПС с высокими ме-хашгческими и функциональными свойствами. При этом благодаря высокой пластичности сплава операцию ГГДВ можно повторять, уменьшая площадь сечения выдавливаемой продукции, достигая более мелкозернистой структуры и улучшая свойств.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Выполненное экс псрн ме нтально -теоретическое исследование позволило решить важную научно-практическую проблему по изучению закономерностей и механизма структурообразования никелвда титана из порошковых смесей компонентов, созданию нового поколения пористых, плотных и дисперсных ТН И ПС и разработке методологии проектирования, а также реализации наукоемких комплексных технологических процессов производства прогрессивных заготовок высоконагруженных деталей авиадвигателей и инструментов.

Основные результаты работы, развивающей недостаточно изученные разделы физики твердого тела, порошковой металлургии и металловедения, даются в следующих выводах:

1. Расчет концентрационного распределения никеля и титана в равновесных моделях биметалла и порошковой смеси в процессе диффузионного массопереноса при температурах от 973 до 1273 К по традиционному методу теоретгпеского анализа (по 2-му закону Фика и уравнениям Даркена и Гсгузина) показал на очень медленное развитие диффузионной зоны в биметалле преимущественно в сторону титана и нежелательное для практического использования слишком продолжительного времени образования гомогенного эк-виатомного сплава в смесях частиц крупнее 20 мкм (не менее 40 ч).

2. Для экспериментальной проверки активизации диффузионного синтеза никелида титана в биметалле и смесях предложено использовать:

- неравновесные дисперсные твердые тела, какими являются карбонильный и электролитический порошки никеля;

- впервые созданные двухстадийным послойным прессованием структурно-неоднородных ППДП с неравновесным порошком никеля;

- новую методику изучен™ термокинетическихзакономерностей структурообразования диффузионной зоны в структурно-неоднородных неравновесных ППДП с определением в ней протяженности интермсталлвдного слоя микрострукгурнььм, микрорентгеноструктур-ным анализами и замером микротвердости на поперечных микрошлифах с расчетной оценкой значений эффективных коэффициентов взаимной диффузии и энергии активации этого процесса методами Таммана и Матано-Больцмана.

3. Впервые экспериментально установлены закономерности ускорения взаимной диффузии в структурно-неоднородной неравноВесной системе никель-титан при вакуумном нагреве в области тем-"Ператур от 1073 до 1273 К, превосходящей на 3 порядка теоретически рассчитанные значения коэффициентов взаимной диффузии для равновесных металлов, что позволило:

- выяснить термокинетику струкгурообразования диффузионной зоны, преимущественно расположенной в титановой половине ППДП, с повышением температуры развивающуюся в обширный по отношению к интерметалл идиому переходный слой со структурами заэв-тсктоидных, эвтекгоидного и доэвтектоидных титановых сплавов;

- предложить закон роста интерметаллидного слоя, состоящего из подслоев Ту^, Т1№ и Ту^Гц, отличающегося от известного для компактных диффузионных пар более ускоренным ростом при температурах выше 1173 К, благодаря существенному вкладу диффузионного массопереноса по поверхностям исходных частиц и пор;

- найти расчетно-графическим методом Матано-Больцмана значения эффективных коэффициентов взаимной диффузии как усредненного для всего интерметаллидного слоя, так и дефференци-ально для подслоев и показать возможность диффузионного синтеза никелвда титана в смесях неравновесных порошков при вакуугином реакционном спекании при температуре 1273 К в реальные сроки без проявления неуправляемого процесса С ВС, ведущего в условиях всестороннего нагрева к саморазогреву, оплавлению и тепловому взрыву синтезируемого сплава.

4. Для диффузионного синтеза никелида титана рекомендованы:

- промышленные порошки карбонильного и электролитического никеля и гидридно-кальциевого восстановления титана с крупными частицами, содержащими меньше кислорода, чем мелкие;

- предварительный вакуумный отжиг исходных порошков при температурах ниже начала рекристаллизации для повышения чисто-.ты дегазацией и сохранения при этом неравновесного состояния;

- качественное смешивание, контролируемое по коэффициенту неоднородности не более 5%, взятых в требуемом соотношении порошков желательно с использованием стальных шаров для повышения неравновесного состояния частиц порошковой смеси за счет наклепа;

- использование разработанного для промышленного производства порошка никеля, восстанавливаемого из оксида водородом при температуре, близкой к началу рекристаллизации, не уступающему

карбонильному и электролитическому по чистоте и активности к спеканию, но более дешевому.

5. Высокая активность к спеканию никеля, восстановленного при низко]") температуре, обусловлена так же, как и карбонильного и электролитического крайне неравновесными условиями получения. Структурообразованне восстановленного металла начинается сразу же после ухода ионов кислорода и исчезновения его подрешетки из-за того, что полрешетка металла становится неустойчивой и с возникновением подсистемы электронного газа согласно известным положениям физики твердого тела ионизированные атомы металла должны сближаться до равновесных межатомных расстоянии. Выделяющуюся при этом свободную энергию и размер критического зародыша восстановленного металла для температур восстановления от начала рекристаллизации до плавления можно рассчитать по предложенным формулам. Как показали расчеты и эксперименты, при низких температурах установления образуется мелкозернистая структура металла (неравновесная из-за большого числа дефектов кристаллической решетки), возможно также получение аморфного ме-тазла.

6. Комплексное изучение закономерностей тсрмокинстики консолидации, изменения микроструктуры, фазового состав;) и физико-механических свойств в процессе вакуумного реакционного спекания уплотненных и своболно насыпанных смесей промышленных порошков никеля и титана.-указывающее на сложность и многоступенчатость структуре- и сплавообразовання из-за большого количества участвующих фаз (в соответствии с диаграммой состояния титан-никель), неравномерного протекания взаимной диффузии (по причине большого различия парциальных коэффициентов диффузии компонентов) и возможности его срыва в неконтролируемый СВС (с последствиями теплового взрыва), позволило установить механизм диффузионного синтеза ннкелнда титана без образования жидкой фазы и :

- создать спеченный химически чистый, гомогенный, с высокими физико-механическими свойствами сплав, обладающий ЭПФ, в виде заготовок различной формы с регулируемой пористостью;

- установить основные принципы создания других ТНИПС;

-разработать методологию проектирования технологических процессов изготовления из них заготовок деталей, основными служебными свойствами которых являются ЭПФ, коррозионная сто!¡кость.

износостойкость или фильтрующая способность (термокомпенсаторы, терморегуляторы, фиксаторы, фильтры и др.).

7. Анализ термокинетичееких закономерностей формо- и струк-туроизменений в процессе уплотнения спеченного ннкелида титана горячим деформированием показал на взаимосвязь деформационных параметров, хорошую формуемость и уплотнение сплава до полного устранения пор при степени осадки около 70 %, благодаря высокой пластичности при температурах 1173-1323 К необычной для литого интерметаллида, которому присуща горячая хрупкость из-за ликвации, а также возможность достижения мелкозернистого строения и высоких прочностных и демпфирующих свойств, а также характеристик ЭПФ.

8. Выясненные термокинетические закономерности структуроиз-менений при термической обработке уплотненного горячим деформированием порошкового ннкелида титана показали на управляемость его структурой, свойствами и характеристиками ЭПФ за счет варьирования вида и режима технологических операций. Так, можно зафиксировать закалкой с температур от 1273 до 1373 К пересыщенной никелем фазы В2 высокой твердости и с низкими температурами мартенситного превращения, а старением при температуре 773 К длительностью до 50 ч перевести фазу В2 в фазу В19 из-за повышения температуры мартенситного превращения, вызванного выделением из нее в мелкодисперсном виде интерметаллида Т1№., при этом твердость значительно снижается.

9. Установлен механизм струкгурообразования и разработаны новые технологические процессы получения дисперсных ТНИПС, близких к эквиатомному и эвтектическому составам, из исходных промышленных порошков никеля с титаном вакуумным реакционным спеканием свободно насыпанных смесей в рыхлые малопрочные спеки с последующим их размолом и многократным повторением этих операций с повышением при этом температуры диффузионного синтеза до полной гомогенизации изготовленных порошков ТН ИПС-57 и ТНИПС-30 (с 57 и 30 масс. % никеля). Последние полезны для расширения технологических возможностей легирования (добавками железа, карбида титана и др.), упрощения операции спекания пористых изделии, создания композитов и защитных покрытий, а также совершенствования технологии производства высоконагруженньгх деталей.

10. Выяснены закономерности формо- и струкгуроизменений при уплотнении до беспористого состояния как спеченного, так и дис-

персного никелвда титана методом ГГДВ, найдены оптимальные конструкция и способ герметизации стальных капсул и технологические режимы выполнения этой важной операции ОМД, обеспечившие высокое качество получаемой продукции, и дана рекомендация использования этого метода при разработке технологических процессов производства заготовок деталей и инструментов не только из никелвда титана, но и из легированных ТН И ПС и композитов.

11. На основе изучения закономерностей структурообразования никелвда титана в процессах порошковой металлургии разработана методология проектирования новых комплексных технологических процессов производства прогрессивных заготовок высоконагружен-ных деталей компрессора ГТД (диски, лопатки и др.) и криомуфт термомеханических соединений трубопроводов из созданного ТНИПС с высокими физико-механическими и служебными свойствами и технико-экономическими преимуществами, присущими порошковым и вакуумным технологиям.

12. Внедрение результатов исследований по созданию и разработке технологий производства дисперсных инструментов (металло-абразивная дробь для виброгалтовки и микрошарики для пневмод-робеструйной обработки деталей, значительно повысивших надежность и ресурс ГТД), созданию порошкового никелвда титана и разработке методологии проектирования технологических процессов изготовления из него прогрессивных заготовок деталей аэрокосмической техники позволило получить экономический эффект на моторном заводе (г. Самара) более 920 тыс. рублей и предприятиях п/я А-7844 и п/я Р-6209 (г. Москва) более 590 тыс. рублей, а суммарно - более 1710 тыс. рублей в ценах 1991 г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дроздов H.A. Образование интсрмсталлидов п пористой порошковой диффузионной парс титан-нпксль//Порошковая мсталлургия.-)995.-№5/6.-С.62-70.

2. Дроздов H.A. Оценка однородности смешивания порошков никеля с титаном/ Порошковая металлургия - !990.-№9.-С.25-28.

3. Дроздов H.A. Оценка выделяющейся энергии и критического размера за|юдыша металлической фазы при ее возникновении в процессе восстановлении водородом закиси меди//Порошковая металлургия.- Куйбышев: КуАИ, 198! .-С.3-8.

4. Дроздов И.А. Возможность получения аморфных металлических порошков разложением химичссих сосдинсний/УПорошковая металлурпю и металловедение матер пазов специального назначения.-Куйбышев: КуАИ, 1986. -С. 118-121.

5. Дроздов H.A. Оценка критического зародыша и состояние восстановленного металла//Порошкоиая металлургия и мсталловслен не.-Куйбышсв: КуАИ, 1990.-С.28-36.

6. Дроздов И.А. Структурообразованнс восстановленных порош-ков.//Там же. 1990 -С.59-62.

7. Дроздов H.A. Выбор порошков для получения никелида тита-на//Свонстна порошковых и композиционных материалов, технология их получения с применением импульсных нагрузок и обработки давлением. -Волгограл:ВПИ. 1988.-С.45.

8.Фазовый состав и свойства спеченных образцов, спрессованных из порошковой смеси никеля п титана/Г.И.Аксенов, И.А.Дроздов, А.М.Сорокин и др://Порошко»ая металлургия. -1981.-№5.-С.39-42.

9. Аксенов ГЛ., Дроздов H.A., Чернов Д.Б. Спеченный пористый никелю Т11тана//Свсрхупругость. эффект памяти и их применение в новой технике.-Воронеж: ВП11,982.-С.88-89.

10. Получение никелида титана спеканием уплотненных порошковых смесей никеля с титаном за счет взаимной диффузии и без образовали» жидкой фазы/Г.Н.Аксенов, П.А.Дроздов, Д.Б.Чернов и др.// Порошковая металлургия, 1983.-№ 12.-С.40-46.

11. Дроздов H.A., Кузяев В. В. Структура и свойства высокопористого никелида титана, полученного вакуумным твердофазным спеканием свободно насыпанных смесей промышленных порошков никеля и тнтана//Обработка и применение новых конструкционных материалов,-Куйбышев: КПт11,1987.-С.75-79.

12. Дроздов И.А. Перспективы получения материалов на основе никелцца титана методами порошковой металлургии//Влияние внешних воздействий на структуру и свойства твердых тел .-Куйбышев: КГУ,1988.С.101-10б.

13. Дроздов И.А. Вакуумная и твердофазная порошковая металлургия никелида титана — новое направленные производства порошков и изделий из них//Методы получения и исследования но-;вых порошковых материалов и изделий.-Пенза:ППИ,1988.-С.23-24. ; 14. Дроздов И.А. Рентгеновский и электронно-скопический анализы термокинетики структурообразования спеченного никелида титана//Прикладная рентгенография металлов.-Л.ЛГТУД990.-С.143.

15. Влияние горячего прессования и отжига на структуру и свойства уплотненной порошковой смеси никеля и чтана/И. А.Дроздов, А.В.Сергеев, О.Л.Барабанова и др.//Порошковая металлургия материалов с особыми свойствами.-Куйбышев:КуАИ, 1981.-С.20-28.

16. Горячее уплотнение спеченною никелида тутна/Г.И.Аксенов, И.А.Дроздов, А.А.Мельников и др .//Горячее прессование в порошковой металлургии.- Новочеркасск:НПИД982.-С.52-53.

17. Влияние методов и режимов горячей прокатки на свойства горячекатаного никелида титана/ И А.Дроздов, В.П.Ревякин, В.В.Кузяев и др.//Там жеЛ 985.-С.36-37.

18. Дроздов И.А. К вопросу горячего прессования порошковых смесей и спеченных заготовок//Там же,1985.-С.61-62.

19. Дроздов И.А., Кузяев В.В., Ивкушкин ВА. Исследование ЭПФ горячекатаного порошкового никелида титана//П амять формы в ме-таллах.-Томск:ТГУ, 1985.-С.41.

20. Дроздов И.А., Кузяев В.В. Влияние температурных и механических воздействий на проявление ЭПФ у экструдированного порошкового никелида титана//Теплофизика технологических процес-сов.-Тольятш:ТПИД988.тЧ.6.-С.328-329.

21. Дроздов И.А., Белоусов O.K. Влияние термической обработки на структуру и твердость горячепрессованных заготовок из спеченного никелгща тагана// Порошковая металлургия и металловедение материалов специального назначения. - Куйбышев: КУАИ, 1986. -С. 3-17.

22. Дроздов U.A., Кузяев В.В. Криогенная сверхупругость термо-механически упрочненного порошкового никелида титана//Физика прочности и пластичности металлов и сплавов.-Куйбышев: КШИД989.-С.32-33.

23. Дроздов H.A., Кузяев B.B. Горячая пластическая деформация бсспористого горячсэкструдпрованного порошкового никслидати-тана//Там же, 1989.-С.62-63.

24. Эффект памяти формы и вибростойкость порошкового ннкс-лпда 1\\тл\\-л/H.A.Дроздов, В.В.Кузяев, В.Н.Вякин и др./Дам же, 1992.-С.235-236.

25. Дроздов ¡I.A., Уварова B.C., Щербакова О.В. Фазовый состав и твердость бсспористого порошкового сплава никслида тигана после закатктI и старения по различным рсжимам//Мст;1ЛЛоведснпс и термическая обработка,-1993.-28.-С.25-27.

26. Дроздов H.A. Технологические процессы получения и свойства порошкового никслида титана//Материалы с ЭПФ и их примене-нне.-СПб:РАН, 1992.-С.120.

27. Дроздов U.A., Кузяев В.В. Свойства и возможности применения горячеуплотненного никелпда тптана//Свойства порошковых композиционных материалов и покрытий, технология их получения с применением импульсных нагрузок и обработки давлснием.-Вол-гоград.ВПИ, 19S9.-C.57-5S.

28. Дроздов H.A.. Кузяев В.В. Разработка прогрессивной технологии получения порошкового никелидатнтана//Разработка и внедрение прогрессивных методов порошковой металлургии и нанесения покрытий.-М.:НТЦ« Информатика», 1992.-С.4.

29. Применение метода горячего гидродинамического выдавливания для получения плотных заготовок из спеченных пористых мате-риадоп/ Л.А.ДрохЪв, В.В.Болдов, В. Г. У мной и др./'/Применение порошковых, композиционных материалов и покрытий в машиностроении.-Пср.мыП П И, 1985.-С. 15-16.

30. Дроздов H.A., Кузяев В.В. Получение пористого и бсспористого порошкового никслида титана//Там же, (985.-С. 18-19.

31. Дроздов H.A., Савинков P.A., Кузяев В.В. Влияние технологических режимов на содержание элементов внедрения в порошковом никелпде тптана//Там же, 1985.-С.126-127.

32. Дроздов H.A., Кузяев В.В. Исследование процессов получения порошковых материалов с ЭПФ наоеннове никслида титана//Про-блсмы современных материалов и технологий, производство наукоемкой продукции.-Пср.мь.Т! ГТУ, 1993.-Ч. 1.-С.83-85; 1994.-С.24-25.

33. Дроздов ¡I.A. Исследование закономерностей активации вакуумного спекания порошкового никслидатитана//Функциональные порошковые материалы,-Псрмь:ПГТУ, 1995.-В. 1 .-С.23-24.

34. Дроздов И.А., Дианова H.H. Закономерности формирования эвтектического титаионикелевого сплава в виде порошка//Законо-мерности формировании структуры сплавов эвтектического, типа.-Днспропетровск:ДПИ.1986.Ч.2.-С.27.

35. Получение металлоабразивной дроби для виброгалтовочных установок¡Г.ИАксенов, И.А Дроздов, Л.М.Оксенгендлер и др.//Порош-ковая металлургия, 1974.-№ 1 .-С.75-77.

36. Аксенов Г.И., Дроздов И.А. Горячее прессование магнитопро-водов из смеси карбонильных порошков железа и никеля//Там же, 1972.-№ 12.-С.75-78.

37 .Дроздов И.А. Перспективы разработки новых спеченных материалов инструмента для физико-химических методов обработки// Теория и производство двигателей летательных аппаратов.-Куйбы-шев:КуАИ, 1997.-С. 104.

38. Дроздов И.А., Черняев H.A., Суханов Г.И. Разработка дисперсного инструмента для окончательной механической обработки поверхности лопаток авиадвигателей//Материалы порошковой металлургии и машиностроения.-Пермь.ППИ, 1971.-С.51-52.

39. Дроздов И.А. Использование порошковых технологий в производстве прогрессивных заготовок высоконагруженных деталей дви-гателей//Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе.-Самара:СГАУ, 1997.-С.59-60.

40. Дроздов И.А. Порошковый никелид титановый конструкционный материал для высоконагруженных деталей авиационных двигателей/Дам же, 1997.-С.60-62. ,

41. A.c.177786 СССР, МКИ В 24d.Наполнитель для вибрационной обработки//к"С£7ю« Г.И., Дроздов H.A., Оксенгендлер JI.M. и др. Бюл.1 от 18.12.1965.

42. А.с.417233 СССР, МКИ В 22d 23/08. Способ получения металлических т\глщя/Волков В.И., Дроздов И.А., Цейтлин А.Н. и др. Бюл.8 от 28.11.1974.

43. A.c. 1482772 СССР, МКИ В 22F 9/04. Способ получения титаионикелевого сплава эвтектического состава ¡Дроздов И.А., Дианова H.H., Лиманов Ю.М. и др. Бюл.20 от 30.05.1989.

44. A.c. 1522576 СССР, МКИ В 22 F9/04. Способ получения порошкового никелида титана ¡Дроздов H.A., Кузяев В.В., Ермаков В.М. и др.

45. Патент № 2082559 РФ, МКИ В 22 Г 9/02, С 22 С 1/04. Способ получения титано-никелевого сплава, близкого к эвтектическому состаъу/Дроздов H.A., Кузяев Й.Д-Бюл.18 от 27.06.97.

Введение

1. Методы получения и обработки, структура, свойства и применение порошкового никелида титана и сплавов на его основе

1.1. Электрометаллургия и свойства никелида титана и его сплавов

1.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез /СВС/ и свойства получаемого с использованием никелида титана

1.3. Порошковая металлургия и свойства никелида титана и его сплавов

1.4. Получение и применение порошков никелида титана Выводы

2. Теоретический анализ диффузионного воздействия никеля и титана

2.1. Анализ взаимной диффузии в бинарной системе и расчет концентрации никеля и титана в диффузионной зоне биметалла

2.2. Анализ гомогенизации в бинарных порошковых смесях и расчет времени ее завершения в частицах никеля и титана

2.3. Анализ метода Матано-Больцмана для определения коэффициента взаимной диффузии

3. Экспериментальное исследование взаимной диффузии и структурообразования диффузионной зоны между никелем и титаном

3.1. Методика получения и исследования пористой порошковой диффузионной пары /1111ДП/ никель-титан

3.2. Влияние температуры нагрева на микроструктуру и протяженность диффузионной зоны

3.3. Определение эффективного коэффициента взаимной диффузии и закон роста интерметаллидного слоя

3.4. Рентгеновский микроанализ диффузионной зоны Выводы

4. Обоснование выбора исходных порошков и режима их смешивания

4.1. Выбор исходных промышленных и перспективных разрабатываемых порошков

4.2. Обоснование выбора восстановленных порошков никеля

4.3. Обоснование низкотемпературного отжига исходных порошков

4.4. Обоснование режима смешивания порошков никеля и титана Выводы

5. Сплаво- и структурообразование и свойства никелида титанаг синтезированного при вакуумном твердофазном реакционном спекании смеси промышленных порошков никеля и титана

5.1. Фазовый состав и свойства спеченных смесей никеля с титаном

5.2. Влияние температуры спекания на структуру и свойства уплотненных смесей порошков никеля с титаном

5.3. Влияние температуры спекания на плотность и фазовый состав свободно насыпанных смесей порошков никеля с титаном Выводы

6. Структурообразование, свойства и разработка технологических процессов получения горячеуплотненного никелида титана $

6.1. Структурообразование и свойства горячеуплотненного порошкового никелида титана

6.2. Влияние термической обработки на структуру и твердость горячеуплотненного порошкового никелида титана

6.3. Структурообразование и свойства никелида титана, полученного горячей прокаткой спеченных заготовок

Выводы

7. Разработка новых порошковых материалов и технологических процессов получения из них различных видов технической продукции iZ

7.1. Разработка металлоабразивного материала и дисперсного инструмента - металлоабразивной дроби для виброгалтовочной обработки деталей авиационных двигателей

7.2. Разработка дисперсного инструмента - микрошариков для пневмо-дробеструйной обработки деталей авиационных двигателей

7.3. Разработка технологического процесса получения горячепрессованных магнитопроводов из смесей порошков железа с никелем для авиационных приборов

7.4. Разработка технологического процесса получения порошка эвтектического титаноникелевого сплава для использования в качестве связки в композиционных сверхтвердых материалах Выводы

В научно-техническом прогрессе большую роль играют новые материалы. По этой причине представляют интерес интерметаллиды, многие из которых обладают физическими свойствами, значительно превосходящими свойства металлов и сплавов на их основе. Так, высокой жаропрочностью и жаростойкостью обладают алюминиды никеля и титана, бориды и силициды тугоплавких металлов и др. соединения.

Большинство интерметаллидов очень твердые и хрупкие, остальное меньшинство обладают минимально необходимой пластичностью. Из них лишь алюминид никеля и никелид титана наряду с повышенной жаропрочностью, настолько пластичны, что могут быть продеформированы в горячем и даже в холодном состоянии (протянуты в проволоку). В структуре современных жаропрочных сплавов, используемых в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) содержится до 60% алюминида никеля в виде у'-фазы. В последние десятилетия нашел применение в новой технике и медицине, как перспективный конструкционный и функциональный материал, получаемый кристаллизацией из расплава никелид титана. Это было достигнуто в результате изучения физико-металлургических основ производства и выяснения механизма управления структурой и свойствами этого литого, а затем и деформированного интерметаллидного сплава ведущими учеными металлофизиками, металлургами и металловедами нашей страны (И.И.Корнилов, Л.Г.Хандрос, Н.В.Агеев, В.А.Лихачев, Ю.К.Фавстов, Б.А.Апаев, А.С.Тихонов, В.И.Итин, Д.Б.Чернов, В.Н.Хачин, Ю.К.Ковнеристый, O.K. Белоусов, С. Г. Федотов, Л.П.Фаткуллина, Л.А.Монасевич, В.Э.Гюнтер и др.) и зарубежья (В. Бюхлер, Р. Василевский, К.Джексон, Ф.Ванг, Р.Вилей, Дж.Цицерон, А.Бэйл, Г.Вагнер, Г.Парди, А.Рознер, М.Марцинковский, Д.Даутович, К.Ивасаки, К.Оцука и др.)

•5

Никелид титана при плотности 6,45 г/см обладает высокими механическими свойствами (ав до 880 МПа при 8 до 15% и ц/ до 40% в отожженном и ств до 1550 МПа в холоднодеформированном состоянии). Его демпфирующая способность в 3 раза превышает серый чугун, он устойчив в морской воде и не подвержен коррозионному растрескиванию под напряжением, стоек в растворах органических кислот и в контакте с ртутью до температуры 773 К. Окисление заметно только с температуры 873К. Предел усталости на базе 107 циклов равен 200 МПа, а при легировании доведен до 500 МПа. Его ударная вязкость более 15 Дж/см2 при любых температурах. Никелид титана выше температуры 300 К имеет ОЦК решетку типа CsCl (фаза В2), а при охлаждении претерпевает мартенситное превращение, переходя в фазу В19 с ромбической решеткой сразу или из промежуточной фазы R, имеющей ромбоэдрическую решетку. Фаза В19 может быть получена с моноклинным (фаза В191) или триклинным (фаза В19п) искажением. Область гомогенности этого интерметашгада до температуры плавления 1580 К меняется от 3 до 5 ат.%.

Выяснено, что избыток никеля ведет к резкому снижению температуры мартенситного превращения, для сплава с 51 ат.% никеля она смещается в область криогенных температур. Очень важной для практики особенностью является термоупругий характер мартенситных превращений в никелиде титана. Такой вид мартенситного превращения впервые открыли в 40-х годах Г.В.Курдюмов и Л.Г.Хандрос в сплавах систем Си-Al-Ni, и только в 60-х годах случайно было установлено Ф.Вангом, В.Бюхлером и С.Пикэртом, что оно приводит к механической памяти материалов.

Открытие этого эффекта позволило применить никелид титана для выполнения функций, ранее не свойственных материалам (мартенситные двигатели, самосрабатыващие и саморазворачивающиеся элементы, терморегуляторы и т.п.), что оказалось необходимым для совершенствования аэрокосмической, радиоэлектронной, электротехнической, машиностроительной и др. видов техники.

При создании и внедрении новых сплавов во все усложняющуюся современную технику следует одновременно решать и проблемы разработки новых прогрессивных технологий изготовления из них деталей. Традиционные технологии с усложнением сплавов становятся нетехнологичными из-за уменьшения выхода годных заготовок, повышения затрат на обработку и потерь металла в отходы.

Так, изготовление деталей авиадвигателей по традиционной технологии сопровождается потерями металла в некоторых случаях до 95% от первоначального объема заготовок. Стоимость готовых деталей по этой причине непомерно высока, причем наполовину затраты приходятся на механическую обработку и уходящий в отход металл. Для преодоления такой негативной тенденции в 60 -70 годы в передовых странах мира были предприняты большие усилия по кардинальному решению проблемы разработки новых технологий изготовления прогрессивных заготовок деталей авиадвигателей из жаропрочных сплавов, снижающих их стоимость за счет резкого уменьшения припуска на механическую обработку. Решение было найдено путем совершенствования вакуумных литейных технологий и методов порошковой металлургии^ причем последние оказались даже более перспективными не только в отношении экономии дорогих сплавов, но и повышения~~~31Шш^тационных свойств и надежности деталей за счет улучшения^их химической неструктурной однородности. Благодаря этому исчезает предрасположенность высоколегированных сплавов к красноломкости, характерной для литых и ковочных сплавов. Кроме того, улучшается механическая обрабатываемость деталей и их проницаемость для ультразвуковых волн, что имеет немаловажное значение для контроля качества.

Потенциальные возможности порошковой металлургии в области экономии дорогостоящих материалов, снижения расходов на механическую обработку и повышения качества изготовляемых ответственных деталей двигателей летательных аппаратов (диски турбин, диски компрессоров, лопатки, кольца, валы и др.) нелегко было претворить в реальность, несмотря на то, что при изготовлении заготовок деталей из низколегированных сталей и медных сплавов это уже было давно успешно осуществлено. Потребовались глубокие научные изыскания, чтобы разработать новые технологические процессы, системы контроля и создать высокоэффективное специализированное оборудование для получения чистых порошков с практически отсутствующими на поверхности частиц пленок оксидов, консолидации этих высококачественных порошков в условиях надежной защиты от внешней среды (используя вакуум, герметизированные металлические капсулы, инертные газы) до беспористого состояния в виде заготовок с малыми припусками на механическую обработку и других операций производства из порошков существующих и новых жаропрочных сплавов деталей (особенно крупногабаритных), удовлетворяющих по геометрии и работоспособности современным конструкторским требованиям.

К 80 г.г. во многом эти научно-технические и производственные проблемы были успешно решены как за рубежом, так и в нашей стране. В частности, в решении этих проблем активно работала лаборатория "Авиаметалловедение" МАП при СГАУ (ОНИЛ-4) под руководством профессора Аксенова Г.И. Были разработаны технологические процессы получения высококачественных порошков хромоникелевых нержавеющих сталей и жаропрочных сложнолегированных сплавов на основе никеля (ЭИ929,ЖС6К), их консолидации до беспористого состояния и показана возможность получения заготовок лопаток с малыми припусками, а также достижимость требований по эксплуатационным свойствам. /Приложение/.

Одновременно с пониманием больших перспектив порошковых технологий на основе анализа результатов исследования, проводимых в нашей стране, и достижении за рубежом (в США в конце 70-х г.г. в двигателях F-100 были испытаны диски турбин и компрессоров, изготовленных методом выдавливания и ковки порошковых суперсплавов, а промышленность смогла освоить выпуск из порошков более легированных суперсплавов заготовок дисков и валов турбин с конечными или близкими к конечным размерам) руководство аэрокосмической отрасли убедило правительство закупить за рубежом новое специализированное оборудование с целью ускоренного крупномасштабного внедрения в производство прогрессивных заготовок, как это имело место в послевоенные годы с освоением изготовления заготовок лопаток и др. деталей точным литьем по выплавляемым моделям.

Оригинальные исследования по получения заготовок деталей авиадвигателей из порошков отечественных жаропрочных сплавов на новом специализированном оборудовании привели в сжатые сроки к высокоэффективным результатам (Белов А.Ф. Новые металлургические процессы на основе высокоскоростной кристаллизации и диффузии металлов. -Известия АН СССР, серия "Металлы",1982. -№6.-с. 11-20).

Область использования порошковых технологий для получения прогрессивных заготовок в аэрокосмической промышленности непрерывно расширяется, благодаря их совершенствованию и созданию более легированных новых сплавов, и должна превалировать в 90 г.г. при производстве крупногабаритных деталей над литыми и коваными (Рис. 1),так как с появлением новых сплавов с повышенным сод^жаш^М-Легирующих элементов проблемы ликвации и резкого снижения пластичности литых сплавов становятся нерш^шшдымй~ Производство заготовок деталей ответственного назначения методами порошковой металлургии является логическим развитием технического прогресса аэрокосмической промышленности.

Несмотря на вышеотмеченное, существует противодействующая тенденция, обусловленная значительностью капиталовложений, сложностью оборудования, отсутствием полностью разработанных методов контроля и неподготовленностью части специалистов принять материалы, изготовленные из порошков. Однако практика производства и эксплуатации деталей авиадвигателей из порошковых сплавов убедительно доказала не только экономическую целесообразность, но и возможность дальнейшего снижения их стоимости и повышения качества, надежности и ресурса за счет совершенствования технологических процессов, систем контроля и создания более лучших порошковых сплавов, что делает неизбежным ускоренный переход в XXI веке аэрокосмической промышленности от ^штейных к порошковым заготовкам ответственных деталей (Рис.2).

Наряду с используемыми в газовых турбинах авиадвигателей жаропрочных сложнолегированных сплавов на основе никеля, в структуре которых содержится до 60% интерметаллида N13AI (в виде у'-фазы), что дает основание считать их интерметаллидными, в 70 г.г. был создан новый класс интерметаллидных материалов на основе никелида титана, способные эффективно заменить в компрессорах (рабочие и спрямляющие лопатки, колеса отдельных ступеней) не только конструкционные и жаропрочные стали (30ХГС, 1ЭХ14НЗВ2ФР, 14Х17Н2 и др.), но и используемые в настоящее время титановые сплавы (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ8-1, ВТ 10 и др.). Нике л ид титана в отличие от последних имеет более высокую твердость, износостойкость усталостную прочность, демпфирующие свойства и при контакте и трении между подвижными поверхностями не сваривается и не возгорается. При плотности на 40% выше титановых сплавов термически упрочненный никелид титана не уступает им по удельной прочности.

Кроме высоких механических свойств в широком температурном интервале, трещино- и коррозионной стойкости, немагнитности, способности поглощать механические колебания, никелид титана обладает еще и уникальным свойством эффекта памяти или запоминания формы (ЭПФ или ЭЗФ). Это необычное свойство позволило на совершенно новых принципах решить разнообразные конструкционные проблемы крепления, соединения, герметизации и функционирования деталей, контроля, управления и работы различных механических систем за счет преобразования тепловой и электрической энергии в синергетику формоизменения, в частности, использования ЭПФ позволило создать новый вид герметичных и надежных соединений трубопроводов с помощью втулок (криомуфт) из никелида титана. а) в приближении к окончательным размерам дисков. 1 -форме диска-поковки /традиционная технология/. 2, 3 -форма заготовки диска /порошковая технология: с припуском и без припуска на механическую обработку, соответственно/. б) в создании более легированных жаропрочных сплавов. Рис.1. Преимущества порошковых технологий изготовления заготовок дисков турбин авиадвигателей перед литыми и коваными /традиционная технология/: а,б -по данным Скугум С. Изготовление и уплотнение металлических порошков, современное состояние и будущее этой отрасли. -Доклад для выставки продукции фирмы АСЕА.-Вестерос: АСЕА АБ, Швеция, 1979.-17 с.(к проспектам А000-102Р,А020-102Р,А020-104Р, Издание 1).

Традиционная технология

Порошковая технология: а/ с механической, б/ без механической обработки. 4 о X о tsS о

30

1П

10 да ©

•У i ty v.

•a

О О N 5

3 f*

•■и ге : н О ffl А

• о

• X ' « я !

• U

Ж ®

IH е. ы % л ь

А t? Ь Ш о

SS

1=! ш о

4Н ж о к о ж

-.с

1С '

Л I о. •

О I X 1 t

46 il^bsj

J^ ^ I" I 5 3

31 и о У э* со ir. л а о* о

•Y, ч В ж ft ш н

U) ж л ф о

SS

1 Я 1£ g

I, ™ О

-1

4Я с -ы'

- Г^ - • ' I,. т- -п. r"„< Ju , кагогоалешз; i-ь

-• c'r-л Су;

•К ьta «

Бенджамин Дж.С. Ларсон Дж.М. Жаропрочные сплавы - методами порошковой металлургии.- М.: Всесоюзный центр переводов н.-т.литературы и документации, 1977.-Перевод А-34307. -41 е.;

Джонсон Х.А. Новейшая технология изготовления авиационных конструктивных элементов методом порошковой металлургии.-Там же, 1978.-Перевод ХвА-41192-34 с.)

Криомуфты после охлаждения и раздачи диаметра в жидком азоте (77 К) одевают на концы трубопроводов, естественный нагрев до комнатной температуры ведет к самопроизвольному сужению их диаметра уже к температурам 150-200 К, что и необходимо для силового обхватывания и герметичности соединения. Для всех жидкостных и газовых систем авиадвигателей, самолетов, космических кораблей, атомных подводных лодок и т.п. этот вид термомеханического соединения (ТМС) трубопроводов самый прогрессивный, благодаря не только высокому качеству, но и простоте, быстроте установки и сборки (а при необходимости и разборки), не требующих высококвалифицированного труда, отсутствия проблем повышенных температур, как при сварке и пайке, или наличия концентраторов напряжения в резьбовых соединениях.

Веская эффективность использования криомуфт из никелида титана показана при испытании до 100000 ТМС в системах трубопроводов самолетов F-14 ВВС США. Этот убедительный пример необходимости применения никелида титана для решения актуальных задач ускоренного развития аэрокосмической техники, так как его свойства позволяют коренным образом менять конструкцию отдельных узлов агрегатов, механизмов, приборов с повышением и расширением технических возможностей и эксплуатационных параметров при снижении их массы и объема, способствуя улучшению комплексной функциональности, надежности, миниатюризации механических систем и созданию компактных и автоматизированных машин, имеющих недостижимые ранее технико-тактические характеристики/1-5/.

Промышленное изготовление заготовок деталей из никелида титана и сплавов на его основе осуществлено из полуфабрикатов, полученных горячим деформированием слитков многократного электрометаллургического f переплава. Технологический процесс получения этих полуфабрикатов не обеспечивает полного устранения химической неоднородности. Сохранение ликвации снижает и ограничивает температурный интервал горячей обработки \ давлением и ведет к разбросу механических свойств и характеристик ЭПФ, к [ которым относится и такая важная служебная - интервал температур формовосстановления, поэтому не вся продукция одной и той же плавки может отвечать единому целевому назначению. Плохая механическая обрабатываемость интерметаллидных сплавов значительно повышает стоимость изготовления деталей и в тем большей степени, чем они сложнее по форме и менее близки к размерам исходных заготовок. По этим причинам проблема получения прогрессивных заготовок из сплавов на осншелщкелида титане не ^нееащуальна, 4eM^ja^miOBQKиз жаропрочных высоколегированных никелевых сплавов.

Также кшТ иГ для последних использование методов порошковой металлургии самый перспективный путь решения этой проблемы, однако из-за недостаточной изученности преодоления специфических особенностей поведения ^ШсбкТфеактивного титана ж его сплавов при нагреве до сих пор отсутствуют промышленные порошковые технологии производства защтовок Г) ответственных деталей авиадвигателей из высокопрочных татановых и ' интерметаллидных татано-^икёлевых сплавов: Это объясняется большими * технологическими трудностями получения заготовок без загрязнения примесями, используя распыленные исходные порошки.

С целью достижения высокого качества в технически развитых зарубежных государствах (США, Япония) предприняты попытки получения пористых и плотных заготовок никелида титана из смесей чистых исходных порошов никеля с титаном. В опубликованных источниках, однако, отсутствуют наиболее важные сведения научного и технического характера, достигнутого уровня физико-механических и функциональных свойств, а также экономического обоснования либо они даны в самом общем виде, что указывает не только на интерес к проблеме создания порошковых сплавов с ЭПФ и разработки прогрессивных заготовок из них, но и начальность стадий научных поисков в этом направлении и на намеренное ограничение информации о достигнутых результатах /4.6/.

В связи с указанным, очевидна необходимость углубленного научного поиска /7/ по выяснению недостаточно изученных особенностей и механизма структурообразования никелида титана из порошковых смесей компонентов в процессах порошковой металлургии и факторов, способствующих повышению его качества и свойств.

Методология, анализ и обобщение теоретических и экспериментальных данных такого исследования должны основываться на знаниях, приобретенных ведущими учеными физиками и порошковыми металлургами нашей страны (Я.И.Френкель, Б.Я.Пинес, Я.Е.Гегузин, М.Ю.Балынин, В.П.Елютин, Б.А.Борок, Г.А.Меерсон, С.С. Кипарисов, Г.И.Аксенов, Г.В.Самсонов, В.Н.Анциферов, О.В.Роман, И.М.Федорченко, В .В. Скороход, Р.А.Андриевский, Ю.Г.Дорофеев, А.Н.Николаев, С.С.Ермаков и др.) и зарубежья (Г. Кучинский, Р.Киффер, Г.Хаузнер, Ф.Набарро, Ф.Айзенкольб, Г.Гич, Б.Капельман, Д.Холломон, Ф.Ленел, Д.Тернбалл, П.Дувец, Г.Франсен, П.Шварцкопф и др.) при исследовании закономерностей структурообразования различных порошковых металлов и сплавов. Работы этих ученых по существу создали новую область физики твердого тела, изучающую кинетику и механизм физических процессов структурообразования дисперсных, неравновесных и u и / неоднородных сред под воздействием внешних условии (температура, усилие и др.), развитие которой определяет научно-технический прогресс промышленности.

Ввиду этого проблема изучения закономерностей структурообразования никелида титана ^гфоцесШхппорошковой металлургии является важной и I актуальной для развития физики твердого тела, создания новых t титаноникелевых интерметаллидных порошковых сплавов и разработки методологии проектирования новых технологических процессов изготовления из них изделий для аэрокосмической промышленности.

Решению этой проблемы посвящена данная работа, обобщающая результаты многочисленных многолетних комлексных исследований, выполненных по хоздоговорам с моторным и моторостроительным предпрятиями г.Самары и головными научно-исследовательскими институтами МАП (НИИСУДИАМ г. Москва), а также по госбюджетной тематике.

Работа выполнялась по комплексным программам Минвуза «Порошковая металлургия», «Авиационная технология», «Технологические проблемы порошковой металлургии», «Технологические проблемы производства изделий аэрокосмической техники из современных конструкционных материалов», «Поисковые и прикладные исследования высшей школы в приоритетных направлениях науки и техники», отнесенным к числу важнейших.

Проблема:

На основе изучения влияния внешних условий на структуру, фазовый состав и свойства установить термокинетические закономерности структурообразования никелида титана из исходных компонентов в процессах порошковой металлургии с достижением в синтезированном за счет взаимной диффузии сплаве высоких конечных свойств, позволяющих рекомендовать его использование в современной аэрокосмической технике.

Цель работы.

• Изучить влияние технологических факторов на строение и свойства порошковых материалов и на основе установленных закономерностей осуществить выбор режимов и последовательность технологических операций и создать пористые, плотные и дисперсные никелид титана и другие титаноникелевые интерметаллидные порошковые сплавы (ТНИПС) и композиты с управляемой структурой и высокими физико-механическими и функциональными свойствами;

• Разработать методологию, новые технологические процессы получения и рекомендации для промышленного внедрения из созданных ТНИПС и композитов прогрессивных заготовок высоконагруженных деталей (лопаток компрессоров, криомуфт ТМС трубопроводов и др.) и инструментов (металлоабразивная дробь для виброгалтовки и микрошарики для пневмодробеструйной обработки деталей), улучшающих технико-тактические характеристики и конкурентоспособность отечественных двигателей и аэрокосмических летательных аппаратов.

Основные результаты работы, развивающей недостаточно изученные разделы физики твердого тела, порошковой металлургии и металловедения, даются в следующих выводах:

1. Расчет концентрационного распределения никеля и титана в равновесных моделях биметалла и порошковой смеси в процессе диффузионного массопереноса при температурах от 973 до 1273К по традиционному методу теоретического анализа (по 2-му закону Фика и уравнениям Даркена и Гегузина) показал на очень медленное развитие диффузионной зоны в биметалле преимущественно в сторону титана и нежелательную для практического использования большую продолжительность времени образования гомогенного эквиатомного сплава в смесях частиц крупнее 20 мкм (не менее 40 ч).

2. Для экспериментальной проверки активизации диффузионного синтеза никелида титана в биметалле и смесях предложено использовать:

• неравновесные дисперсные твердые тела, какими являются карбонильный и электролитический порошки никеля;

• впервые созданные двухстадийным послойным прессованием структурнонеоднородные ППДП с неравновесным порошком никеля;

• новую методику изучения термокинетических закономерностей структурообразования диффузионной зоны в структурнонеоднородных неравновесных ППДП с определением в ней протяженности интерметаллидного слоя микроструктурным, микрорентгеноструктурным анализами и замером микротвердости на поперечных микрошлифах с расчетной оценкой значений эффективных коэффициентов взаимной диффузии и энергии активации этого процесса методами Таммана и Матано-Больцмана.

3. Впервые экспериментально установлены закономерности ускорения взаимной диффузии в структурнонеоднородной неравновесной системе никель-титан при вакуумном нагреве в области температур от 1073 до

1273 К, превосходящей на 3 порядка теоретически рассчитанные значения коэффициентов взаимной диффузии для равновесных металлов, что позволило: выяснить термокинетику структурообразования диффузионной зоны (преимущественно расположенной в титановой половине ППДП), с повышением температуры развивающуюся главным образом за счет образования обширного по отношению к интерметаллидному слою переходного слоя со структурами заэвтектоидных, эвтектоидного и доэвтектоидных титановых сплавов;

• предложить закон роста интерметаллидного слоя (состоящего из подслоев T12N1, TiNi и TiNi3), отличающегося от известного для компактных диффузионных пар более ускоренным ростом при температурах выше 1173К, благодаря существенного вклада диффузионного массопереноса по поверхностям исходных частиц и пор; найти расчетно-графическим методом Матано-Больцмана значения эффективных коэффициентов взаимной диффузии как усредненного для всего интерметаллидного слоя, так и дифференциально для подслоев и показать возможность диффузионного синтеза никелида титана в смесях неравновесных порошков при вакуумном реакционном спекании при температуре 1273К в реальные сроки без проявления неуправляемого процесса СВС, ведущего в условиях всестороннего нагрева к саморазогреву, оплавлению и тепловому взрыву синтезируемого сплава.

4. Для диффузионного синтеза никелида титана рекомендованы:

• промышленные порошки карбонильного и электролитического никеля и гидриднокальциевого восстановления титана (с крупными частицами, содержащими меньше кислорода, чем мелкие);

• предварительный вакуумный отжиг исходных порошков при температурах ниже начала рекристаллизации для повышения чистоты (дегазацией) и сохранения при этом неравновесного состояния;

• качественное смешивание (контролируемое по коэффициенту неоднородности не более 5%) взятых в требуемом соотношении порошков, желательно с использованием стальных шаров для повышения неравновесного состояния частиц порошковой смеси за счет наклепа;

• использование разработанного для промышленного производства порошка никеля, восстанавливаемого из оксида водородом (при температуре, близкой к началу рекристаллизации металла), не уступающему карбонильному и электролитическому по чистоте и активности к спеканию, но более дешевому.

5. Высокая активность к спеканию восстановленного порошка никеля (получаемого при низкой температуре), обусловлена также как карбонильного и электролитического крайне неравновесными условиями получения. Структурообразование восстановленного металла начинается сразу после ухода ионов кислорода и исчезновения его подрешетки из-за того, что подрешетка металла (из-за растянутости) становится неустойчивой, и с возникновением подсистемы электронного газа (согласно известных положений физики твердого тела) ионизированные атомы металла должны сближаться до равновесных межатомных расстояний. Выделяющуюся при этом свободную энергию и размер кристаллического зародыша восстановленного металла (для температур восстановления от начала рекристаллизации до плавления) можно рассчитать по предложенным формулам. Как показали расчеты и эксперименты, при низких температурах восстановления образуется мелкозернистая структура металла (неравновесная из-за большого числа дефектов кристаллической решетки). Возможно также получение аморфного металла.

6. Комплексное изучение закономерностей термокинетики консолидации, изменения микроструктуры, фазового состава и физико-механических свойств в процессе вакуумного реакционного спекания уплотненных и свободно насыпанных смесей промышленных порошков никеля и титана, указывающее на сложность и многоступенчатость структуро- и сплавообразования из-за большого количества участвующих фаз (в соответствии с диаграммой состояния титан-никель), неравномерного протекания взаимной диффузии (по причине большого различия парциальных коэффициентов диффузии компонентов) и возможности его срыва в неконтролируемый СВС (с последствиями теплового взрыва), позволило установить механизм диффузионного синтеза никелида титана без обработки жидкой фазы и:

• создать спеченный, химически чистый, гомогенный с высокими физико-механическими свойствами слав, обладающий ЭПФ, в виде заготовок различной формы с регулируемой пористостью;

• установить основные принципы создания других ТНИПС;

• разработать методологию проектирования технологических процессов изготовления заготовок деталей, основными служебными свойствами которых являются ЭПФ, коррозионная стойкость, износостойкость или фильтрующая способность (термокомпенсаторы, терморегуляторы, фиксаторы, фильтры и др.).

7. Анализ термокинетических закономерностей формо- и структуроизменений в процессе уплотнения спеченного никелида титана горячим деформированием показал на взаимосвязь деформационных параметров, хорошую формуемость и уплотнение сплава до полного устранения пор при степени осадки около 70 %, благодаря высокой пластичности при температурах 1173-1323К (необычной для литого интерметалл и да, которому присуща горячая хрупкость из-за ликвации), а также возможность достижения мелкозернистого строения и высоких прочностных и демпфирующих свойств, а также характеристик ЭПФ.

8. Выясненные термокинетические закономерности структуроизменений при термической обработке уплотненного горячим деформированием порошкового никелида титана показали на управляемость его структурой, свойствами и характеристиками ЭПФ за счет варьирования вида и режима технологических операций. Так, зафиксированная закалкой с температур от 1273 до 1373К пересыщенная никелем фазы В2 обладает высокой твердостью и низкими значениями температур мартенситного превращения. Старением при температуре 773К длительностью до 50 ч можно перевести фазу В2 в фазу В19, благодаря повышения температуры мартенситного превращения, вызванного выделением из неё в мелкодисперсном виде интерметаллида TiNi3, при этом твердость значительно снижается.

9. Установлен механизм структурообразования и разработаны новые технологические процессы получения дисперсных ТНИПС близких к эквиатомному и эвтектическому составам из исходных промышленных порошков никеля с титаном вакуумным реакционным спеканием свободно насыпанных смесей в рыхлые малопрочные спеки с последующим их размолом. Многократным повторением этих операций с повышением при этом температуры диффузионного синтеза до полной гомогенизации изготовлены порошки ТНИПС-57 и ТНИПС-30 (с 57 и 30 масс. % никеля). Последние полезны для расширения технологических возможностей легирования (добавками железа, карбида титана и др.), упрощения операции спекания пористых изделий, создания композитов и защитных покрытий, а также совершенствования технологии производства высоконагруженных деталей.

10.Выяснены закономерности формо- и структуроизменений при уплотнении до беспористого состояния как спеченного, так и дисперсного никелида титана методом ГГДВ, найдены оптимальные конструкция и способ герметизации стальных капсул и технологические режимы выполнения этой важной операции ОМД, обеспечившие высокое качество получаемой продукции, и дана рекомендация использования этого метода при разработке технологических процессов производства заготовок деталей и инструментов не только из никелида титана, но и из легированных ТНИПС и композитов.

11.На основе изучения закономерностей структурообразования никелида титана в процессах порошковой металлургии разработана методология проектирования новых комплексных технологических процессов производства прогрес'швных заШгбвбк высоконагруженных деталей компрессора ГТД (диски, лопатки и др.) и криомуфт термомеханических соединений трубопроводов из созданного ТНИПС с высокими физико-механическими и служебными свойствами и технико-экономическими преимуществами, присущими порошковым и вакуумным технологиям.

12. Внедрение результатов исследований по созданию и разработке технологий производства дисперсных инструментов (металлоабразивная дробь для виброгалтовки и микрошарики для пневмодробеструйной обработки деталей, значительно повысивших надежность и ресурс ГТД), созданию порошкового никелида титана и разработке методологии проектирования технологических процессов изготовления из него прогрессивных заготовок деталей аэрокосмической техники позволило получить экономический эффект на моторном заводе (г.Самара) более 920 тыс. рублей и предприятиях п/яА-7844 и п/я Р-6209 (г.Москва) более 590 тыс. рублей (суммарно более 1700 тыс. рублей) в ценах 1991 г.

1. Курдюмов Г.В., Хандрос Л.Г. Открытие №239: Явление термоупругости равновесия фаз при фазовых превращениях мартенситного типа (эффект Курдюмова) Металлофизика, 1981,- т.З, №2.- с.124.

2. Корнилов И.И., Белоусов O.K., Качур Е.В. Никелид титана и другие сплавы с эффектом памяти,- М.: Наука, 1977.-180 с.

3. Тихонов А.С., Герасимов А.П., Прохорова И.И. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. М.: Машиностроение, 1981,- 80 с.

4. Сплавы с эффектом памяти формы / К.Ооцука, К.Симидзу и др. Под ред. Фунакуба X: Пер. с японск. -М.: Металлургия, 1990.-224 с.

5. Сплавы с памятью формы в медицине / В.Э.Гюнтер, В.В.Котенко, М.Э.Миргазизов и др. Томск: ТГУ, 1986.-208 с.

6. Дроздов И. А. Перспективы получения материалов на основе никелида титана методами порошковой металлургии // Влияние внешних воздействий на структуру и свойства твердых тел: Межвузовский сборник. -Куйбышев: КГУ, 1988,- с.101-106.

7. Никелид титана новый материал в трубном производстве / В.Н.Владимиров, Б.П.Одинцов, В.К.Усов и др.- Днепропетровск: ВНИКТИ Трубной промышленности, 1986,- 5 с.

8. Сплавы на основе никелида титана как материал для фасонных отливок / Л.В.Буталов, П.И.Гайдай, Н.Н.Захаров и др.- Литейное производство, 1980.-7.-С.11-12.

9. Структура и свойства материалов на основе никелида титана, полученных с использованием СВС / В.И.Итин, В.Н.Хачин, А.Д.Братчиков и др. // Изв. вузов,- Физика, 1977.-№12.-с. 117-120.

10. СВС никелида титана / А.Д.Братчиков, А.Г.Мержанов, В.И.Итин и др.// Порошковая металлургия, 1980.-№1.-с. 7-12.

11. Получение никелида титана методом СВС / В.И.Итин, В.Н.Хачин, В.Э.Гюнтер и др. // Порошковая металлургия, 1983.-№3.-с.4-6.

12. А.с. 662270 СССР. Способ изготовления никелида титана / В.И.Итин, В.Н.Хачин, А.Д.Братчиков и др. Опуб. В Б.И., 1979.-№18.

13. Метод получения интерметаллических соединений титана и сплавов на их основе с использованием СВС / В.И.Итин, Д.Б.Чернов, В.Н.Хачин и др. // Сплавы титана с особыми свойствами,- М.: Наука, 1982.-е.159-163.

14. Патент 3700434 США, МКИ В22 fl/00. Способ производства сплава титан-никель / S.Abkoroitz, J.M.Slerglej, R.R.Regan заявл. 01.12.70, Опубл.24.10.72.

15. Majima К., Sohama J., Mitani H. Кинетика спекания прессовок из смесей порошков Ti-50% ат. Ni // Фунтай ософуммацу,- J.Jap. Soc. Powder and Powder met., 1981.-t.28, №4.-c.126-130.

16. Мартынова И.Ф., Петрищев В.Я., Скороход B.B. Дилатометрическое и термографическое исследование спекания пористого никелида титана. 1. Особенности получения пористого никелида титана реакционным спеканием // Порошковая металлургия,-1983.-№11.-е. 31-36.

17. Мартынова И.Ф., Петрищев В.Я., Скороход В.В. 2. Влияние добавок железа на процесс получения никелида титана реакционным спеканием // Там же.1983.-№12.-с. 18-22.

18. Мартынова И.Ф., Скороход В.В., Солонин С.М. Особенности эффекта запоминания формы в пористом материале никель-титан // Там же .-1984.-№12-с.41-46.

19. Мартынова И.Ф., Скороход В.В., Фридман Г.Д. Деформация пористого спеченного материала никелида титана при одноосном сжатии // Там же .1984.-№1.-с.76-80.

20. Композиционные порошки Ni-Ti, их получение и свойства / Ю.С.Борисов, В.Р.Калиновский, Ю.А.Сидоренко и др. // Там же.-1985.-№11.-с.13-16.

21. Судзуки Тосиюки. Производство никелида титана с памятью формы методом порошковой металлургии // Metals and Technol., 1984.-54,№9.-p.34-37.

22. Effect of hydrostatic pressure on the sintering behavior and density of blended-elemental TiNi compacts // S.Vehara, H.Sasano, Y.Kaieda, T.Suzuki.-Powder Met.Int., 1985.-17, №5.-p.229-232.

23. Патент №59-280901 Япония. Получение сплава с эффектом запоминания формы / И.Такаси, С.Калдзуми, И.Ходэо и др.- Заявка 61-159539, Заявл.29.12.84. Опубл. 19.07.86. МКИ С22 Cl/04, В22 П/00. // РЖ Металлургия, 1985.-76-7Е163П.

24. Schwarz R.B., Petrich R.R., Saw С.К. The synthesis of amorphous Ni-Ti alloy powders by mechanical alloying // J.Non-Sryst Solids, 1985.-76, №2-3.-p.281-302.

25. Жигунов В.В., Котенев В.И. Диффузионные взаимодействия при получении порошков никелида титана // Диффузионные процессы в металлах: Сб. научных трудов.-Тула, 1986.-67-71.

26. Динамическое прессование мононикелида титана / В.Е.Панин, А.И.Слосман, Б.Б.Овечкин и др. // Изв.вузов: Физика 1987.-30, №9.-с. 35 -39.

27. Взрывное прессование порошковой композиции TiC-TiNi / В.Е.Панин, А.И.Слосман, Б.Б.Овечкин и др. //Порошковая металлургия, 1985.-№7.-с.27-31.

28. Сверхупругое поведение порошкового никелида титана в процессе прессования / И.Ф.Мартынова, В.В.Скороход, С.М.Солонин и др. //Там же, 1985.-№2.-с.13-17.

29. Судник JI.B., Шнико А.А., Лученок JI.P. Демпфирующие свойства материала на основе Ti-Ni // Весци АН БССР, сер. физ. техн .наук, 1987.-№2.-с. 33-36.

30. Температурная зависимость формовосстановления и электросопротивления никелида титана, полученного методами порошковой металлургии / В.И.Котенев, Н.П.Лякишев, М.М.Медюх и др. / Порошковая металлургия , 1984.-№4.-с.55-59.

31. Ландо С.Я. Восстановление автомобильных деталей,- М.: Транспорт, 1987.-112с.

32. Болотова Н.П., Аргунова Т.В., Тюнин В.Д. Получение аморфнокристаллических покрытий системы Ti-Ni методом плазменного напыления // Порошковая металлургия, 1986.-№11 .-с.36-38.

33. Окислительные процессы и их влияние на состав покрытий из материала ПН55Т45 при плазменном напылении / Н.В.Рогов, И.С.Гальтман и др.// Физ. ихим . обраб .материалов, 1983.-№2.-с.53-57.

34. Фазовый состав плазменного покрытия из интерметаллида / Н.В.Рогов, И.С.Гальтман, В.В.Кудинов и др. // Там же , 1984,-№5.-с.37-41.

35. Изменения в структуре и фазовом составе покрытий ПН55Т45 при эксплуатации их в условиях повышенных температур / Н.В.Рогов, И.С.Гальтман, С.В.Пономарев и др. // Порошковая металлургия 1988,-№10,-с.68-70.

36. Hellstern Е., Schultz L. Glasbildung durich mechanisches legiern.-Metal.( W.Berlin),1987.-41,№5.-482-486.

37. Патент 59-229429 Япония. Сплав с переменным типом эффекта запоминания формы и его производство / К.Капудзи, С.Такасуми. Заявлено 10.06.83. №58-104614. Опубл. 22.12.84.-МКИ С22 cl/04, В22 f3/18.

38. А.С. 1100423 СССР. Способ получения биметаллического силового элемента / П.АРадченко.

39. Процессы взаимной диффузии в сплавах /И.Б.Боровский, К.П.Гуров, И.Д.Моргунова и др.- М.:Наука, 1973.-359 с.

40. Взаимная диффузия компонентов и диаграмма состояния системы Ti-W. А.Я.Шиняев, Л.Ф.Сокирянский, С.А.Дицман и др. // Новые исследования титановых сплавов,- М.:Наука, 1965.-С.43-47.

41. Шиняев А.Я. Диффузионные процессы в сплавах,- М.:Наука, 1975.-228 с.

42. Уманский Я.С., Финкелынтейн Б.Н., Блантер М.Е. Физическое металловедение.- М.: Металлургиздат, 1949.-591 с.

43. Зайт В. Диффузия в металлах,- М.ИЛ, 1958.-381 с.

44. Гегузии Я.Е. Диффузионная зона.- М.:Наука, 1979.-267 с.

45. Лариков Л.Н., Рябов В.Р., Фальченко В.М. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке.- М. .Машиностроение, 1975.-189 с.

46. Угосте Ю.Э. Концентрационная зависимость коэффициента взаимной диффузии в фазах системы Си-Zn // Физика металлов и металловедение.-1968.-27, №4.-с.663-667.

47. Угосте Ю.Э., Пименов В.Н. Взаимная диффузия в упорядочивающейся латуни// Там же ,-1971.-31,№б.-с.363-367.

48. Диффузионные процессы в соединении никель-титан / Д.Г.Девойно, С.В.Воронов, В.Б.Касперович и др. // Порошковая металлургия.-Минск: Высшая школа, 1983.-с.86-87.

49. Hirano K.,Ouchi К., Reaction -Diffusion in the Ti-Ni system / J.Japan Inst. Metals, 1968.-32,№7.-p.613-618.

50. Аксенов Г.И. Основы порошковой металлургии.- Куйбышев: Куйб. книжн. изд, 1962.-160 с.

51. Скороход В.В., Солонин С.М. Физико-металлургические основы спекания порошков.-М.: Металлургия, 1984.-159 с.

52. Анциферов В.Н., Пешеренко С.Н., Курилов П.Г. Взаимная диффузия и гомогенизация в порошковых материалах,- М.: Металлургия, 1988.-152 с.

53. Козлов Ю.И., Итин В.Н. Реакционная диффузия в смеси порошков меди и алюминия // Порошковая металлургия ,-1973.-№6.-с.20-28.

54. Исследование взаимной диффузии кадмия и никеля / Н.К.Тереницев, Б.М.Позин, С.Е.Рожков и др.// Там же ,-1975.-№5.-с.87-92.

55. Шиняев А.Я., Литвинцев А.И., Пивкина О.Г. Влияние структуры материала САП на взаимную диффузию с медью при высоких давлениях //Там же .-1977.-№7.-с.17-21.

56. Вейнберг Ф. Приборы и методы физического металловедения.-М.:Мир, 1973.-427 с.

57. Глазков В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов,-М. Металлургия, 1969.-248 с.

58. Гуров К.П. Процессы взаимной диффузии в сплавах.-М.:Наука 1975.288 с.

59. Развитие представлений о механизме реакционной диффузии / В.И.Архаров, Н.А.Баланаев, В.Н.Богословский и др. // Защитные покрытия на металлах.-Киев: Наук.Думка, 1971.-№6.-с.5-11.

60. Корнилов И.И. Титан.-М.: Наука, 1975.-308 с.

61. Buchler W.J. and Wiley R.C., TiNi-Ductile Intermetallic Compound.-Transaction of the ASM, 1962.-v.55-p.269-276.

62. Григорович B.K. Твердость и микротвердость металлов.-М.:Наука, 1976.210 с.

63. Булгаков В.З. Диффузия в металлах и сплавах.-JI.-М.:ГИТТЛ, 1949.-212 с.

64. Гуров К.П., Карташкии Б.А., Угосте Ю.Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах.-М:Наука, 1981.-350 с.

65. Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений,- Томск: ТГУ, 1989.-214 с.

66. Jle Клер А.Д. Диффузия в металлах // Успехи физики металлов -М.: Металлургиздат, 1956.-т. 1.-е. 224-303.

67. Каур И., Густ В. Диффузия по границам зерен и фаз. М.: Машиностроение, 1991.-448 с.

68. ГегузинЯ.Е. Физика спекания,-М.:Наука, 1984.-311 с.

69. Бокштейн С.З. Диффузия и структура металлов // Металловедение и термическая обработка металлов.-1961.-№11.-с.10-14.

70. Дроздов И.А. Образование интерметаллидов в пористой порошковой диффузионной паре / ППДП/ титан-никель // Порошковая металлургия,-1995.-№5/6.-с.62-70.

71. Казаков В.Н., Крюков В.И. Универсальная вакуумная установка гидрирования-дегидрирования // Порошковая металлургия и металловедение материалов специального назначения.-Куйбышев: КуАИ, 1986.-С.83-86.

72. Свойства распыленных порошков сталей и сплавов / Г.И.Аксенов, И.А.Дроздов, Б.А.Борок и др. // Труды Всесоюзной науч.- технич.конф. по металлокерамическим материалам и изделиям.- Ереван: ЕПИ, 1973.-е.35-42.

73. Дроздов И.А. Рентгеноструктурное исследование распыленных порошков нержавеющей стали и жаропрочных сплавов на никелевой основе // Порошковая металлургия.- Куйбышев: КуАИ, 1977.-в.3.-е. 26-30.

74. Логвинов А.Н. Изучение спекания металлических порошков в состоянии свободной насыпки // Дис.канд .техн .наук.-Куйбышев, 1968.-208 с.

75. Дроздов И.А. Оценка выделяющейся энергии и размера критического зародыша металлической фазы при ее возникновении в процессе восстановления водородом закиси меди //Порошковая металлургия материалов с особыми свойствами,- Куйбышев: КуАИ , 1981.-е.3-8.

76. Дроздов И.А. Возможность получения аморфных металлических порошков разложением химических соединений // Порошковая металлургия и металловедение материалов специального назначения,- Куйбышев: КуАИ, 1986.-С.118-121.

77. Дроздов И.А. Структурообразование меди при восстановлении ее закиси водородом // Технология получения и исследование порошков с особыми свойствами,- Куйбышев: КуАИ, 1983.-е. 100-106.

78. Дроздов И.А. Оценка критического зародыша и состояния восстановленного металла // Порошковая металлургия и металловедение.-Куйбышев: КуАИ, 1990.-С.28-36.

79. Дроздов И.А. Структурообразование восстановленных порошков // Там же .-1990.-е. 59-62.

80. Аксенов Г.И., Дроздов И.А. Микроструктурное исследование меди, восстановленной из окалины // Физика металлов и металловедение, 1963.-т. 15, в. 4.-е.597-604.

81. Дроздов И.А. Влияние условий получения медного порошка на кинетику спекания прессовок // Дисс.канд.техн.наук.-Куйбышев: 1964.-124 с.

82. Жданов Г.С. Физика твердого тела,- М.: МГУ, 1961.-501 с.

83. Kopelman В., Nature of metall powders prepared by reduction of oxides // The Physics of powder Metallurgy. Edited by W.E.Kingston Me Grow Hill Book Company, INC, New- York, Toronto, London.-1951,-p. 120-128.

84. Коттрелл A.X. Строение металлов и сплавов,- М.: Металлургиздат, 1961.250 с.

85. Салли И.В. Физические основы формирования структуры сплавов.- М.: Металлургиздат, 1963.-210 с.

86. Делингер У, Теоретическое металловедение.-М.:Металлургиздат, 1960.310 с.

87. Физико-химические свойства элементов: Справочник.-Киев: Наук. Думка, 1965.-310 с.

88. Герасимов Я.И., Крестовников А.И., Шахов А.С. Химическая термодинамика в цветной металлургии.-М.: Металлургиздат, 1961.-т. 2,- 262 с.

89. Macland A.S., Libowitz G.G., Preparation of metallic glass powders by hydrogen charging// Mater, Lett., 1982.-1, №l.-p. 3-5.

90. Овчаренко H.H. Визуальный метод исследования кинетики окисления и разложения окислов на металлической поверхности // Порошковая металлургия,- 1961.-№4.-с. 37-41.

91. Аксенов Г.И., Дроздов И.А. Изучение спекания медных образцов, спрессованных из окисленного порошка // Там же .-1963.-№2,- с.14-21.

92. Аксенов Г.И., Логвинов А.Н., Дроздов И.А. Механизм высокотемпературного залечивания поверхностных дефектов на восстановленной меди // Порошковая металлургия .-Куйбышев: КуАИ, 1974,-в. 1.-С.71-78.

93. Аксенов Г.И., Логвинов А.Н., Дроздов И.А. Высокотемпературное металлографическое исследование спекания порошков восстановленной меди // Порошковая металлургия .-1970.- №1.-с.45-51.

94. Влияние природы титана на основные процессы изготовления и свойства спеченного технического титана / В.И.Крюков, В.Н.Казаков, Л.А.Панова и др. // Порошковая металлургия,- Куйбышев: КуАИ ,1984.-76-81.

95. Николаев А.Н. Вероятность образования скопления частиц при перемешивании порошков // Там же .-1981.-С.26-28.

96. Исследование качества смеси порошков титана и никеля при смешивании / В.П.Ревякин, Л.А.Панова, Ю.М.Лиманов и др. // Там же ,- 1981.-е. 28-32.

97. Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. -М.Машиностроение, 1973.-215 с.

98. Дроздов И.А. Оценка однородности смешивания порошков никеля и титана // Порошковая металлургия. 1990,- №9.- с. 25-28.

99. Фазовый состав и свойства спеченных образцов, спрессованных из порошковой смеси никеля и титана / Г.И. Аксенов, И.А.Дроздов, А.М.Сорокин и др. // Там же .-1981.-№5,- с. 39-42.

100. Аксенов Г.И., Дроздов И.А., Мерзляков A.M. Свойства пористых заготовок, полученных прессованием и спеканием порошковой смеси никеля и титана // Тезисы докл.Х1У Всесоюзной конф. по порошковой металлургии,- Киев: ИПМ АН УССР, 1979.-е. 21.

101. Аксенов Г.И., Дроздов И.А., Чернов Д.Б. Спеченный пористый никелид титана // Сверхупругость, эффект памяти и их применение в технике: Тезисы докл. Всесоюзной науч.-технич.конф.: Воронеж: ВПИ, 1982.-е. 88-89.

102. Аксенов Г.И., Минаев Е.М. Определение физико-механических свойств металлокерамических материалов на одном кольцевом образце // Порошковая металлургия .- 1965.-№3,- с. 83-87.

103. Жебынева И.Ф., Чернов Д.Б. Характеристики термомеханического возврата никелида титана // Металловедение и термическая обработка металлов,- 1975.-№10.-с. 10-13.

104. Получение никелида титана спеканием уплотненных порошковых смесей никеля с титаном за счет взаимной диффузии и без образования жидкой фазы / Г.И.Аксенов, И.А.Дроздов, Д.Б.Чернов и др. // Порошковая металлургия.-1983.-№12.-с. 40-46.

105. Белоусов O.K. Влияние термической обработки и отклонения от стехиометрии на структуру и физические свойства никелида титана // Металловедение и термическая обработка металлов .-1979,- №7.-с. 59-61.

106. Влияние ТМО на эффект «памяти» формы в сплавах титан-никель / Ю.Н.Коваль, В.И.Коломыцев, В.А.Лободюк и др. // Мартенситные превращения в металлах и сплавах: Докл. международ.конф. «СОМАТ-77». -Киев: Наук, думка, 1979.-е. 145-150.

107. Федорченко И.М., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии,-Киев: АН УССР, 1961.-420 с.

108. Найбороденко Ю.С. Закономерности и механизм реакционного спекания и безгазового горения смесей металлических порошков // Дис.канд.физ.-мат.наук.-Томск, 1974.-210 с.

109. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез силицидов и соединений никеля с титаном / В.И.Итин, Ю.С.Найбороденко, А.Д.Братчиков и др. // Изв. ВУЗов: Физика.-1975.-№3.-с. 133-136.

110. Влияние горячего прессования и отжига на структуру и свойства уплотненной порошковой смеси никеля и титана / И.А.Дроздов, А.В.Сергеев, О.А.Барабанова и др. // Порошковая металлургия материалов с особыми свойствами,- Куйбышев: КуАИ, 1981.-е. 20-28.

111. Горячее прессование спеченного никелида титана / Г.И.Аксенов, И.А.Дроздов, А.А.Мельников и др. // Горячее прессование: Тезисы докл.У Всесоюзной науч.-технич.конф.- Новочеркаск: НПИ, 1982.-е.52-53.

112. Дроздов И.А. К вопросу горячего прессования порошковых смесей и спеченных заготовок // Горячее прессование: Тезисы докл.VI Всесоюзной науч.-технич.конф.- Новочеркаск: НПИ, 1985.-е. 61-62.

113. Дроздов И.А., Белоусов O.K. Исследование структурообразования при термоциклическом старении порошкового сплава, полученного горячим прессованием спеченного никелида титана // Память формы в металлах: Тезисы науч.-технич.конф.- Томск: ТГУ, 1985,- с.31.

114. Структурные превращения, физические свойства и эффекты памяти в никелиде титана и сплавах на его основе / В.Н. Хачин, Ю.И. Паскаль,

115. В.Э.Гюнтер и др.// Физика металлов и металловедение 1978,- 46, №3,- с. 511-520.

116. Токарев В.Н., Савинов А.С., Хачин В.Н. Эффект памяти формы при мартенситных превращениях в TiNi-TiCu // Там же .-1983.-56, №2.-с. 340344.

117. Buchler W.J, Jilezch J.V., Wiley R.C., Effect of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys near Composition TiNi- J. Appl. Phys., 1963.-v.34, №5.-p. 1475-1477.

118. Хмелевская И.Ю., Олейникова C.B., Фаткуллина Л.П. Влияние термической обработки на фазовый состав и свойства сплава ТН-1 // Сплавы со свойствами сверхупругости и памяти формы: Препринт ИМФ 9.80,- Киев: ИМФ АН УССР, 1980.-е. 34-35.

119. Судзуки Т., Масумото К. Выделение фаз при термическом старении сплава системы титан никель // Перевод №Ц-88637 статьи /япон./: Нихон Киндзоку чакки си,- 1973.-37, №1.-с. 39-43.- М.:ВЦПНТЛД, 1976,- 10 с.

120. Джексон К.М., Вагнер Г.Д., Василевский Р.И. 55-НИТИНОЛ- сплав, обладающий памятью: его металлургия, свойства и применение // Перевод №Ц-63445 A.Report NASA, Washington, 1972.-М.: ВЦПНТЛД, 1976.- 260 с.

121. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов,- М.: Металлургия, 1978.-392 с.

122. Манасевич А.А., Паскаль Ю.Н. Превращения « мартенсит-мартенсит » в никелиде титана // Физика металлов и металловедение,- 1980.—49, №4.-с. 813-817.

123. Лебединский B.C. Внутреннее трение и фазовые превращения в соединениях TiNi и NiMn // Дис.канд.технич.наук.-Воронеж, 1970,- 120 с.

124. Дроздов И.А., Уварова B.C., Щербакова О.В. Фазовый состав и твердость беспористого порошкового сплава никелид титана после закалки и старения по различным режимам // Металловедение и термическая обработка.-1993,-№8.-с. 25-27.

125. Хмелевская И.Ю., Займовский В.А. Особенности измерения твердости сплавов, проявляющих эффекты запоминания формы и сверхупругости // Необычные механические свойства сплавов: Препринт ИМФ 9.80.- Киев: ИМФ АН УССР, 1980,- с. 24-25.

126. Влияние методов и режимов горячей прокатки на свойства горячекатаного никелида титана / Дроздов И.А., В.П. Ревякин, В.В. Кузяев и др. // Горячее прессование: Тезисы докл. VI Всесоюзной науч.-технич.конф,-Новочеркасск: НПИ, 1985,- с.36-37.

127. Дроздов И.А., Кузяев В.В., Ивкушин В.А. Исследование ЭПФ горячекатаного порошкового никелида титана // Память формы в металлах : Тезисы Всесоюзной науч.-технич.конф.-Томск: ТГУ, 1985.-с.41.

128. Вассерман А.М., Кунин JI.JI., Суровый Ю.А. Определение газов в металлах. Метод восстановительного плавления в атмосфере газа носителя.-М.: Наука, 1976.-343 с.

129. Глинер Б.М. Определение механических и технологических свойств металлов,- М.: Машгиз, 1959.-158 с.

130. Дроздов И.А., Кузяев В.В. Криогенная сверхупругость термомеханически упрочненного порошкового никелида титана // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тезисы докл. XII Всесоюзной науч.-технич.конф.-Куйбышев: КПтИ, 1989.-е. 32-33.

131. Эффект памяти формы и вибростойкость порошкового никелида титана / И.А. Дроздов, В.В. Кузяев, В.Н. Вякин и др. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тезисы докл. Всесоюзной науч.-технич.конф,- Самара: СПтИ, 1992.-С.235-236.

132. А.с. 177786 СССР. Наполнитель для вибрационной обработки / Г.И. Аксенов, И.А. Дроздов, JI.M. Оксенгендлер и др. Заявлено 8.07.1963. Опублик.18.12.1965.-Бюллетень 1.

133. Дроздов И.А., Ревякин В.П. Исследование условий получения и свойства проката из металлоабразивных материалов // Порошковая металлургия. -Куйбышев: КуАИ, 1976,-в. 2.-е. 127-136.

134. Дроздов И.А. Перспективы разработки новых спеченных материалов инструмента для физико-химических методов обработки // Теория и производство двигателей летательных аппаратов: Тезисы докл. науч.-технич.конф.-Куйбышев: КуАИ, 1977.- с. 104.

135. Исследование работоспособности абразивных кругов на металлической связке при шлифовании жаропрочных материалов / И.А. Дроздов, В.А. Барвинок, Ю.А. Копытин и др. II Там же , 1977.-е. 56.

136. Дроздов И.А., Хасанов Г.М. Влияние состава на прочностные свойства спеченного металлоабразивного материала с карбидом кремния // Тезисы докл. XIV Всесоюзной науч.-технич.конф.по порошковой металлургии,-Киев: ИПМ АН УССР, 1979.-е. 147.

137. Свойства нового спеченного металлоабразивного материала с карбидом кремния / И.А. Дроздов, Г.М.Хасанов, Ю.А.Атякшев и др. // Там же, 1979.-с.169.

138. Дроздов И.А., Атякшев Ю.А. Исследование режущей способности и износостойкости спеченного металлоабразивного материала // Порошковая металлургия,- Куйбышев: КуАИ, 1981.-в. 4.-е. 42-44.

139. Дроздов И.А. Влияние борирования на прочностные свойства металлоабразивного материала с карбидом кремния // Тезисы докладов X Всесоюзной науч.-технич.конф. по физике прочности и пластичности металлов и сплавов,- Куйбышев: КПтИ, 1983.-е. 352.

140. Дроздов И.А. Микроструктурное исследование порошкообразных отходов электроэрозионной обработки // Порошковая металлургия. Куйбышев: КуАИ, 1966. - в.26. - с.9-12.

141. А.с. 417223 СССР. Способ получения металлических гранул/ В.И.Волков, И.А.Дроздов, А.Н.Цейтлин и др. Заявлено 27.22.1972. Опубл. 28.11.1974. -Бюллетень № 8.

142. Волков В.И. Разработка метода и исследование эффективности упрочнения микрошариками деталей ГТД из титановых и жаропрочных сталей и сплавов //Дис.канд. технич. наук. Куйбышев: КПтИ, 1978. -120с.

143. Курицын В.Н. Поверхностное пластическое деформирование микрошариками как метод технологического обеспечения качества поверхностного слоя деталей ГТД из литейных сплавов//Дис.канд. технич. наук. Куйбышев: КПтИ, 1981. - 120 с.

144. А.с. 500898 СССР. Способ изготовления спеченных изделий/ Г.И. Аксенов, Е.М.Минаев, Т.И. Мрякина и др. Заявлено 01.02.1974. Опублик.30.01.1976. Бюллетень № 4.

145. Исследование влияния пористости на магнитные свойства металлокерамического пермалоя марки 50Н/ Ю.П.Орехов, И.А.Дроздов, Р.Р.Кузьмин и др. // Тезисы докл. Юбилейной науч. технич. конф.-Куйбышев: КУАИ, 1967. - с.346-347.

146. Исследование влияния режима спекания на содержание углерода, структуру, плотность и магнитные свойства металлокерамического пермалоя марки 50Н/И.А.Дроздов, В.С.Уварова, Ю.П.Орехов и др.// Там же. 1967. -с. 344-346.

147. Аксенов Г.И., Дроздов И.А. Горячее прессование магнитопроводов из смеси карбонильных порошков железа и никеля// Порошковая металлургия. 1972, - №12. - с.75-78.

148. А.с. 1482772 СССР. Способ получения титаноникелевого сплава эвтектического состава/ И.А.Дроздов, Н.Н.Дианова, Ю.М.Лиманов и др. Заявлено 13.06.1986. Опублик. 30.05.1989. -Бюл. № 20.

149. Структурообразование сплава титан-никель эвтектического состава/ В.П.Чепелева, В.Г.Делеви, Э.Д.Кузиков и др.// Порошковая металлургия. -1984.-№1.-с.66-70.

150. Панин В.Е. Новое направление в создании высокопрочных материалов методами порошковой металлургии// Перспективные технологические процессы в порошковой металлургии. Минск: Вышайшая школа, 1982. -с.117-120.

151. Полетика Т.М., Кульков С.Н. Панин В.Е. Деформация и разрушение композитов со структурнонеустойчивой связкой// Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тезисы докл. XII Всесоюзной науч. -технич. конф. Куйбышев: КПтИ, 1989. - с.202.

152. Полетика Т.М., Кульков С.Н., Панин В.Е. Структура, фазовый состав и характер разрушения спеченных композиционных материалов TiC-TiNi/ Порошковая металлургия. 1983. -№ 7.-е. 54-59.

153. Дроздов И.А., Кузяев В.В. Получение пористого и беспористого порошкового никелида титана// Там же. 1985. -с.15 -16.

154. Дроздов И.А., Савинков Р.А., Кузяев В.В. Влияние технологических режимов на содержание элементов внедрения в порошковом никелиде титана// Там же. 1985. - 126-127.

155. Дроздов. И.А., Кузяев В.В. Влияние температурных и механических воздействий на проявление ЭПФ у экструдированного порошкового никелида титана// Теплофизика технологических процессов: Труды VII Всесоюзной конф. Тольятти: ТПИ, 1988. - ч.б. - с.328-329.

156. Дроздов И.А., Уварова B.C., ЩербаковаО.В. Влияниее температуры закалки на фазовый состав и твердость порошкового никелида титана// Там же. 1988. - ч.б. - с.356.

157. Дроздов И.А., Кузяев В.В. Горячая пластическая деформация беспористого горячеэкструдированного порошкового никелида титана// Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тезисы докл.ХП науч.-технич. конф. Куйбышев: КПтИ, 1989. - с.62-63.

158. А.с. 1522576 СССР. Способ получения порошкового никелида титана/ И.А.Дроздов, В.В.Кузяев, М.В.Ермаков и др. Заявлено 06.02.1987.

159. Дроздов И.А. Технологические процессы получения и свойства порошкового никелида титана// Материалы с ЭПФ и их применение: Тезисы докл. науч.-технич. конф. С.-Петербуг: РАН, 1992. - с. 120.

160. Дроздов И.А., Кузяев В.В. Технологический процесс получения и свойства порошкового никелида титана с малыми добавками иттрия и лантана// Там же. 1992. - с.121.

161. Патент № 2082559 РФ, МКИ В22 г 9/02, С22 с 1/04. Способ получения титано-никелевого сплава, близкого к эквиатомному составу / И.А.Дроздов, В.В.Кузяев.- Бюл.№ 18 от 27.06.1997.