Введение
Глава 1. Современное состояние и тенденции мировых разработок конструкционных интерметаллидов на основе TiAl. обзор литературы 27
1.1 TiAl – требования к потребительским свойствам и фундаментальные основы формирования микроструктуры сплавов.. 27
1.2 Выбор способа кристаллизации и пути фазовых превращений с использованием фазовых диаграмм состояния 35
1.3 Влияние лигатур Nb, В и технологических примесей на структуру и свойства TiAl-интерметаллидов 42
1.3.1 Легирование Nb 42
1.3.2 Фоновая примесь кислорода 43
1.3.3 Поведение бора в TiAl 46
1.3.4 Образование карбидов 50
1.4 Тигельные материалы в процессах кристаллизации интерметаллидов на основе TiAl 51
1.4.1 Сравнительное тестирование различных тигельных материалов 52
1.5 Аппаратурное оформление процессов направленной кристаллизации тугоплавких материалов 55
1.5.1 Способы направленной кристаллизации в тигле 56
1.5.1.1 Метод Бриджмена 56
1.5.1.1.1 Вертикальный метод Бриджмена 59
1.5.1.1.2 Горизонтальный метод Бриджмена 60
1.5.1.1.3 Вертикальный метод Бриджмена с МГД-воздействием 61
1.5.1.2 Применение метода Бриджмена для кристаллизации сплавов на основе TiAl 65 Стр.
1.5.1.3 Технические характеристики пилотных и исследовательских печей Бриджмена стран Евросоюза 66
1.5.1.4 Направленная кристаллизация методом электронного управления тепловым полем 68
1.5.1.5 Направленная кристаллизация TiAl в «холодном» тигле при индукционном нагреве расплава 72
1.5.2 Направленная кристаллизация методом индукционной бестигельной зонной плавки (БЗП) 74
1.6 Современный уровень технологии и достигнутых свойств литых iAl сплавов 76
1.7 Модификация микроструктуры литых сплавов TiAl(Nb) и TiAl(Ta) с помощью «массивной» -трансформации 86
1.8 Новые экспериментальные -стабилизированные iAl сплавы 87
Глава 2. Стенд для высокотемпературного тестирования материалов 95
Выводы по главе 2 101
Глава 3. Исследование химической совместимости расплава ti-46al-8nb c тигельной керамикой AlN и BN 102
3.1 Характеризация исходных материалов 102
3.1.1 Сплав Ti-46Al-8Nb 102
3.1.2 Тигли из нитрида алюминия 106
3.1.3 Тигли из пиролитического нитрида бора
3.2 Режимы тестирования 109
3.3 Результаты тестирования расплава в тиглях из AlN 109
3.4 Результаты тестирования в тиглях из BN 120
Выводы по главе 3 124 Стр.
Глава 4. Экспериментальная проверка альтернативных расчётных фазовых диаграмм состояния Ti-Al-Nb для состава Ti-46Al-8Nb 125
4.1 Электронная микроскопия первичной микроструктуры
быстро закристаллизованного сплава Ti-46Al-8Nb 127
4.2 Высокотемпературная дилатометрия сплава Ti-46Al-8Nb 135
Выводы по главе 4 143
Глава 5. Принципы и математическая модель вертикальной направленной кристаллизации tial интерметаллидов методом управляемого теплового поля 145
5.1 Управление процессом направленной кристаллизации в трёхзонных трубчатых печах... 145
5.2 Математическая модель и метод расчета направленной кристаллизации расплавов TiAl(Nb) 153
5.2.1 Уравнения тепломассопереноса 155
5.2.2 Модели для проницаемости двухфазной зоны потоками расплава 158
5.2.3 Взаимосвязь гидродинамической пористости вещества в переходной зоне и энтальпии 159
5.2.4 Метод решения системы нелинейных дифференциальных уравнений созданной модели 161
5.2.5 Реализация модели и её возможности 163 Выводы по главе 5 164
Глава 6. Эффект локальной перитектической макросегрегации сплава Ti-46Al-8Nb и его численное моделирование в процессе направленной кристаллизации 166
6.1 Структурно-аналитические исследования 166 Стр.
6.2 Математическое моделирование и численные исследования 169
6.2.1 Эволюции осевого, радиального градиентов температуры и скорости направленного затвердевания сплава 170
6.2.2 Распределение, скорость конвективных потоков и перенос Al в расплаве 173
6.3 Механизм, технологические условия возникновения структурно композиционной перитектической сегрегации и методы её
предотвращения 175
Выводы по главе 6 179
Глава 7. Управление первичной структурой сплава Ti 46Al-8Nb в процессе направленной кристаллизации 181
7.1 Принципы формирования микроструктуры сплава заданного
типа в кристаллизационном процессе Ti-Al-Nb. Диаграмма Ханта 184
7.2 Экспериментальное определение критических режимов структурно-морфологического перехода для сплава Ti-46Al-8Nb 190
7.3 Выращивание слитков Ti-46Al-8Nb с заданным типом первичной микроструктуры 195 Выводы по главе 7 197
Глава 8. Модификация микроструктуры сплава Ti-46Al-8Nb при микролегировании бором в процессе направленной кристаллизации
8.1 Материалы, метод легирования, режимы кристаллизации 199
8.2 Методы и алгоритм анализа слитков Ti-44Al-7Nb-2B 201
8.3 Микроструктура слитков Ti-44Al-7Nb-2B и её толерантность к режимам кристаллизации 202
8.4 Характеризация боридных микропреципитатов в матрице сплава 206
8.5 Обсуждение экспериментальных результатов 209
Выводы по главе 8 216 Стр.
Глава 9. Синтез и характеризация экспериментальных стабилизированных сплавов семейства TiAl(Nb,Cr,Zr)B,La 218
9.1 Принципы дизайна экспериментального сплава с использованием системы TiAl(Nb,Cr,Zr) 218
9.2 Принципы и цели микролегирования системы TiAl(Nb,Cr,Zr) гексаборидом лантана LaB6 221
9.3 Изготовление сплавов семейства TiAl(Nb,Cr,Zr)В,La 222
9.4 Структура и фазовый состав сплавов 225
9.5 Характеризация боридов и особый механизм их структурно-модифицирующего действия в сплавах TiAl(Nb,Cr,Zr)B,La 229
9.6 Со-преципитация (Ti,Nb)B, La2O3 и эффективность
геттерирования примеси кислорода 235
Выводы по главе 9 239
Глава 10. Индукционная бестигельная зонная плавка стабилизированного сплава TiAl(Nb,Cr,Zr) 241
10.1 Свойства расплавов TiAl(Nb), критичные для применения технологии БЗП 241
10.2 Сырьё, аппаратура и режимы бестигельной зонной плавки 243
10.3 Методы исследования и характеризации сплавов 247
10.4 Условия тепломассопереноса в «горячей» зоне обрабатываемого слитка 248
10.5 Результаты обработки сплава Ti-44Al-5Nb-3Cr-1.5Zr методом БЗП 251
10.5.1 Инженерия фазового состава и микроструктуры 251
10.5.1.1 Контроль баланса интерметаллических фаз 251
10.5.1.2 Осевая ориентация ламельной матрицы 256
10.5.2 Межфазная сегрегация примесей Cr и Zr 259 Стр.
10.5.3 Эффект очистки сплава от растворённого кислорода 263
10.5.4 Улучшение механических свойств сплава при комнатной температуре 264
10.5.5 Улучшение высокотемпературной прочности, модуля упругости и сопротивления ползучести 268
Выводы по главе 10 271
Глава 11. Трибохимия износа и износостойкость экспериментальных сплавов TiAl(Nb,Cr,Zr), TiAl(Nb,Cr,Zr)B,La в контакте со сталью 40Х 273
11.1 Методика трибологического тестирования 274
11.2 Результаты трибологических испытаний 276
11.3 Исследование поверхностей и частиц износа 278
11.4 Установленный механизм изнашивания 283
Выводы по главе 11 285
Заключение 287
Список сокращений и условных обозначений 292
Список литературы
