Фізико-хімічні основи інтенсифікації процесу азотування титанових сплавів та конструювання зміцнених шарів з підвищеною зносо- та корозійною тривкістю

Спільно з АНТК “Антонов” (м. Київ) розроблені технологічні рекомендації по вибору схем та режимів хіміко-термічної обробки деталей авіаційної промисловості із зазначених титанових сплавів.

У шостому розділі “Конструювання корозійнотривких азотованих шарів на титанових сплавах” висвітлені принципи інженерії поверхні титанових сплавів при азотуванні для захисту від корозії у водних розчинах мінеральних кислот.

На основі аналізу результатів досліджень кінетики корозійного розчинення титанових сплавів різних структурних класів у водних розчинах хлоридної, сульфатної та фосфатної кислот широкого діапазону концентрацій показано необхідність захисту, особливо в розчинах високих концентрацій, так як швидкість корозії у цих випадках зростає на 2 - 4 порядки порівняно з малоконцентрованими розчинами.

При оцінці впливу структурно-фазового стану приповерхневих шарів азотованого титану на корозійну поведінку у водних розчинах неокислювальних кислот вперше експериментально встановлено необхідність диференційованого підходу до вибору оптимального структурно-фазового стану залежно від агресивного середовища. Показано, що у водних розчинах хлоридної кислоти захисні властивості титанових сплавів з нітридними плівками на поверхні вищі, тоді як у розчинах сульфатної та фосфатної кислот вони поступаються захисним властивостям титанових сплавів з оксинітридними плівками. Так, у 30% водному розчині хлоридної кислоти потенціал вільної корозії поверхні титану ВТ1-0 з нітридною плівкою додатніший, струми корозії на порядок нижчі, а область пасивного стану ширша. У 80% водному розчині сульфатної кислоти картина зворотня: поверхня з нітридною плівкою має від'ємніший потенціал вільної корозії і вищі струми анодного розчинення. Відтак постає задача організації оптимального захисту титанових сплавів при азотуванні у кожному з досліджуваних агресивних середовищ.

Аналіз кінетики корозійного розчинення та електрохімічної поведінки азотованих титанових сплавів у водних розчинах хлоридної кислоти показав, що серед чинників, які визначають корозійну тривкість сплавів, основним слід визнати якість азотованої поверхні (рельєфність, дефектність поверхневих шарів, вміст кисневих домішок). Тобто, вклад електрохімічного механізму захисту порівняно з екранувальним є визначальним. Так, при збереженні товщини нітридної плівки збільшення рельєфності поверхні, яку оцінювали шорсткістю, на 14% сприяє зростанню швидкості корозії на 59%, в той час як при збереженні рівня рельєфності збільшення товщини нітридного шару на 43% сприяє зменшенню швидкості корозії на 14%.

Найефективніше рельєфність, дефектність поверхні, текстура росту азотованого шару зменшується при зниженні температури насичення. Проте азотування при температурах нижчих 850 оС ставить особливі вимоги до чистоти азоту по кисневих домішках. Нітридна плівка на поверхні титанових сплавів формується лише за умови, коли кисню і вологи в азоті не більше 0,01%. Якщо такі умови не виконуються, результатом азотування є поверхневий оксинітридний чи оксидний шар. Захисні властивості сплавів з такими шарами у водних розчинах хлоридної кислоти суттєво нижчі. Нагрівання зразків у вакуумі перед азотуванням сприяє збільшенню розмірів азотованого шару з перерозподілом товщини його складових (товщина нітридної плівки зменшується), що підвищує якість поверхні за рахунок зменшення рельєфності та дефектності, мінімізації вмісту кисневих домішок. Тобто, такий технологічний прийом дозволяє реалізувати азотування при температурах Ј 850 оС в технічно чистому азоті, забезпечуючи ефективний захист титанових сплавів у водних розчинах хлоридної кислоти. Швидкість корозії азотованих титанових сплавів зменшується в 1,6...2,8 рази порівняно з високотемпературним азотуванням (і 950 оС). При цьому зберігається високий рівень пластичності, міцності та втомної довговічності азотованих сплавів і зменшується ступінь їх водневого окрихчення під час взаємодії з корозійним середовищем, оскільки в процесі азотування, що містить елементи вакуумної технології, видаляється з металу водень, який накопичується в процесі технологічних операцій виготовлення та попередньої обробки.

Обґрунтовано підходи до забезпечення оптимального захисту титанових сплавів від корозії у водних розчинах сульфатної та фосфатної кислот. Показано, що найкращі захисні властивості у водних розчинах сульфатної та фосфатної кислот притаманні оксинітридним шарам, коли їх склад знаходиться у межах TiN0,6…0,7O0,3…0,4. Швидкість корозії титанових сплавів з такими шарами зменшується більше, ніж у 3 рази у порівнянні з азотованими .

Зазначений структурно-фазовий стан приповерхневих шарів забезпечується при реалізації хіміко-термічної обробки за наступною схемою: нагрівання до температури напуску азоту в вакуумі (”1 мПа) із швидкістю 0,04 оС/с; напуск азоту та витримка при температурі 850…950 оС протягом 5…10 год в азоті атмосферного тиску чи розрідженому його потоці; охолодження з пічкою в розрідженому потоці повітря (1…10 Па, 7ґ10-2…7ґ10-4Паґс-1). Шорсткість вихідної поверхні зразків перед хіміко-термічною обробкою не повинна перевищувати Ra = 0,15…0,62 мкм. Вибір режиму азотування (розріджений потік азоту чи статична його атмосфера) залежить від вимог, які ставляться до рівня механічних характеристик деталей після хіміко-термічної обробки. Якщо вимоги до пластичності, втомної довговічності високі, азотування здійснюють в розрідженій динамічній атмосфері азоту.

Запропоновані схеми та режими хіміко-термічної обробки використані спільно з Державним інженерним центром “Львівантикор” при розробці технології захисту обладнання хімічної промисловості з титанових сплавів (запірної арматури, коліс і направляючих насосів типу КТС у литому та зварному виконанні), яка реалізована на заводі Техмаш концерну “Оріана” (м. Калуш, Івано-Франківська обл.).

Основні результати і висновки

В дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення проблеми інтенсифікації процесу азотування титанових сплавів, що полягає у розробці фізико-хімічних основ нової технології поверхневого модифікування титанових сплавів в контрольованому азотовмісному середовищі, яка базується на управлінні інтенсивністю фізико-хімічних процесів на межі газове середовище - титан (титанові сплави) і дозволяє керувати морфологією, структурно-фазовим станом приповерхневих шарів та рівнем поверхневого зміцнення.

1. Запропоновано нові підходи до інтенсифікації термодифузійного насичення титанових сплавів в молекулярному азоті, що базуються на усуненні дифузійного бар'єру нітридної та оксидної плівок (зниження парціального тиску азоту) та використанні структурного чинника (забезпечення структурних змін у матеріалі в процесі обробки (циклічна зміна температури) чи перед нею (вихідна текстура деформації)). Встановлено взаємозв'язок між чинниками інтенсифікації і морфологією азотованих шарів титанових сплавів. Вперше запропоновані підходи до інженерії поверхні титанових сплавів при азотуванні, тобто конструювання спектру структурно-фазових станів поверхневих шарів з широким діапазоном поверхневого зміцнення, зокрема, товста (і 1 мкм) нітридна плівка + газонасичена зона (14...20 ГПа), газонасичена зона без нітридної плівки (6...8 ГПа), нітридні острівці + газонасичена зона (8...10 ГПа), тонка (< 1 мкм) нітридна плівка + газонасичена зона (8...12 ГПа), оксинітридна плівка + газонасичена зона (12...18 ГПа ), та проаналізовано їх з точки зору функціональної придатності.

2. Розвинуто модельні уявлення про фазоутворення на поверхні титанових сплавів в азоті, що містить кисень, які базуються на трансформації фазового складу поверхневих шарів від оксиду титану TiOy через оксинітрид TiNxOy до нітриду TiN, що дозволило запропонувати новий підхід до інтенсифікації процесу азотування та керування фазовим складом приповерхневих шарів. Показано, що включення в технологічний ланцюжок азотування такого прийому як нагрів (чи нагрів та витримка) до температури азотування в вакуумі дозволяє знизити вимоги до чистоти азоту по кисневих домішках при обробці за температур > 800 оС і здійснювати якісне азотування при температурах 750…850 оС. Оптимізовано тиск залишкових газів вакуумної атмосфери (0,1...10 мПа) та тривалість (Ј 2 год) цієї технологічної операції, яка сприяє покращенню якості поверхні та підвищенню рівня механічних характеристик.

3. Встановлено механізми формування оксинітридів на поверхні титанових сплавів: за схемою Ti ® TiOy ® TiNxOy при формуванні твердих розчинів заміщення - втілення та за схемою TiNx ® TiNxOy при формуванні твердих розчинів заміщення - вилучення. Виявлено залежність ефективності оксинітридоутворення від складу нітриду: при модифікації киснем поверхневого нітриду процес інтенсифікується, коли склад сформованого нітриду є ближчим до нижньої границі області його гомогенності. Обґрунтовано умови формування оксинітриду складу TiN0,6…0,7O0,3…0,4 з максимальною поверхневою мікротвердістю. Встановлено, що оксинітриди зазначеного складу формуються шляхом окислення в розрідженому потоці повітря (1…10 Па) нітридного шару, сформованого при температурах 850…950 оС.

4. Встановлено, що ефективність термоциклування як чинника інтенсифікації при азотуванні титанових сплавів залежить від температурного діапазону циклування і максимально виявляється в області a Ы b перетворення, корелюючи з максимальним об'ємним зміцненням, а для поверхневих нітридних плівок, сформованих у цих умовах, характерне, порівняно з ізотермічним насиченням, збільшення ступеня відхилення від стехіометрії в бік дефіциту неметалевої складової. Із зміщенням температурного діапазону циклування в область нижчих температур відхилення від стехіометрії посилюється. Встановлено, що із збільшенням амплітуди термоциклу (з 100 до 200 оС) та частоти термоциклування (від 10 до 20 циклів на 6-годинній часовій базі) ефективність термоциклування як чинника інтенсифікації при азотуванні зростає.

5. На основі аналізу кінетики високотемпературної взаємодії промислових титанових сплавів (ВТ1-0, ВТ5-1, ПТ-7М, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, ВТ6с, ВТ6, ВТ23, ВТ32, ВТ35) з азотом в діапазоні температур 900…1100 оС розраховані значення параметрів параболічної залежності процесу (параболічна константа швидкості азотування, передекспоненційний множник, енергія активації). Встановлено стовпчастий ріст нітридної плівки, що сприяє розвитку характерного поверхневого рельєфу, який істотно погіршує якість поверхні, і тим більше, що вищою є температура азотування. Проведено прогнозування перерозподілу легувальних елементів в титанових сплавах при азотуванні, що базується на аналізі розчинності і коефіцієнтів дифузії легувальних елементів в титані, і корелює з експериментальними результатами. Встановлено, що характер структурних змін у приповерхневих шарах титанових сплавів при азотуванні визначається інтенсивністю виділення з твердого розчину азоту в титані і дифузійного відводу в глибину титанової матриці легувальних елементів. Показано, що внаслідок активного дифузійного відводу по границях зерен в глибину титанової матриці легувальних елементів, які мають низьку розчинність в a- титані і високі дифузійні константи (Fe, Cr, Mn) процес проникнення азоту інтенсифікується, що сприяє формуванню глибоких газонасичених шарів. На основі аналізу залежностей характеристик азотованих шарів від структурного класу титанових сплавів та закономірностей перерозподілу легувальних елементів при азотуванні обґрунтовано вибір титанових сплавів для ефективного азотування (ОТ4, ОТ4-1, ВТ23, ВТ22).

6. Показано, що вихідна кристалографічна текстура деформації титанових сплавів впливає на умови масообміну на межі газ - метал та швидкість дифузії азоту. Зокрема, для зразків з “базисною” (0001)[1010] текстурою деформації швидкість зростання концентрації азоту в приповерхневому шарі титану більша, а глибина його проникнення в метал менша, ніж для зразків з “призматичною” (1010)[1120] текстурою. Внаслідок цього на зразках з “базисною” текстурою деформації глибина азотованих шарів в 1,2...1,3 рази менша, твердість поверхні в 1,2...1,7 рази вища, а товщина нітридної плівки в 1,3...2,5 рази більша.

7. Встановлено, що порівняно з азотом атмосферного тиску високу інтенсивність дифузійних процесів при загальмованому нітридоутворенні в інтервалі температур насичення 850...950 оС при витримках 8…15 год забезпечує азотування в діапазоні розріджень активного газу 0,1...10 Па за швидкості його натікання 7ґ10-2...7ґ10-4 Паґс-1. Вивчено еволюцію структурно-фазового стану приповерхневих шарів титанових сплавів в досліджуваному діапазоні змінних. Показано, що час до утворення суцільної нітридної плівки на поверхні титанових сплавів, що є бар'єром для дифузії азоту в глибину титанової матриці, збільшується із зниженням парціального тиску азоту та зменшенням швидкості його натікання та скорочується при підвищенні температури насичення.

8. Обґрунтовано вимоги до структурно-фазового стану приповерхневих шарів азотованих титанових сплавів, оптимальних щодо зносотривкості та корозійної тривкості у водних розчинах мінеральних кислот високих концентрацій. Спільно з АНТК “Антонов” (м. Київ) розроблені технологічні рекомендації по вибору схем та режимів хіміко-термічної обробки деталей з титанових сплавів ВТ1-0, ОТ4-1 та ВТ22, що забезпечують рівень зносотривкості та механічних характеристик вище, ніж термічне оксидування за діючою інструкцією (ПИ.1.2.027-87). Спільно з Державним інженерним центром “Львівантикор” розроблена і реалізована на заводі Техмаш концерну “Оріана” (м. Калуш, Івано-Франківська обл.) технологія поверхневого зміцнення деталей запірної арматури, робочих коліс (в литому та зварному виконанні) і направляючих насосів (типу КТС) з титанових сплавів.

Перелік публікацій за матеріалами дисертації

1. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Азотування титану та його сплавів. - Київ: Наукова думка, 1995. - 220с.

2. Максимович Г.Г., Федірко В.М., Погрелюк І.М. Вплив тиску розрідженої динамічної атмосфери азоту на процес азотування титанових сплавів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1990. - №3. - С.97 - 100.

3. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Про роль температурного фактору в процесі азотування титанових сплавів в розрідженій динамічній атмосфері азоту // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1990. - №5. - С.76 - 79.

4. Максимович Г.Г., Федирко В.Н., Погрелюк И.Н. Механизм формирования приповерхностных упрочненных слоев на титановых сплавах в разреженной динамической атмосфере азота // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1991. - №2. - С.38 - 42.

5. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Лопушанський В.А. Вплив азотування на міцність і пластичність титанових сплавів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1993. - №1. - С.81 - 84.

6. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Лопушанський В.А., Каляндрук В.Й. Особливості азотування b - титанового сплаву ВТ35 // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1993. - №2. - С.66 - 71.

7. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Морфологія азотованих шарів титанових сплавів різних структурних класів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1993. - №5. - С.36 - 41.

8. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Вплив умов охолодження на характеристики зміцнених шарів і механічні характеристики азотованих деталей з титанових сплавів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1993. - №6. - С.119 - 121.

9. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Підвищення зносостійкості титанових сплавів хіміко-термічною обробкою в азотовмісних середовищах // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1994. - №1. - С.69 - 74.

10. Федірко В.М., Калахан О.С., Погрелюк І.М. Вплив структури поверхневих шарів азотованого титану на корозійно-електрохімічні властивості в розчинах кислот // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1995. - №6. - С.65 - 70.

11. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І. Азотування як метод підвищення зносостійкості титану та сплавів на його основі // Проблеми трибології. - 1996. - №2. - С.52-56.

12. Fedirko V.M., Pohreliuk I.M., Yaskiv O.I. Titan`s deformation properties after nitriding by thermal cycling // Metalurgija. - 1997. - Vol.36, Br.2. - P. 83 - 85.

13. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І. Про доцільність використання вакуумної технології при азотуванні титанових сплавів // Металознавство та обробка металів. - 1997. - №1. - С. 44 -50.

14. Погрелюк І.М., Яськів О.І. Корозія титанових сплавів у водних розчинах соляної кислоти // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1997. - №3. - С. 112 - 115.

15. Погрелюк І.М. Поверхневе зміцнення титану при термоциклуванні в азоті // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1997. - №6. - С. 39- 43.

16. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І. Корозійна опірність азотованих титанових сплавів у водних розчинах соляної кислоти // Фіз. - хім. механіка матеріалів. - 1998. - №1. - С. 108 - 110.

17. Погрелюк І.М. Азотування титану в неізотермічних умовах // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1998. - №2. - С. 75 - 78.

18. Fedirko V.M., Pohreliuk I.M., Kalakhan O.S. Corrosion behaviour of surface titanium layers in acid solutions after nitrogen thermodiffusion saturation // Materials and Corrosion / Werkstoffe und Korrosion. - 1998. - Vol.49, № 6. - P. 435 - 439.

19. Федірко В.М., Калахан О.С., Погрелюк І.М. Корозійна поведінка зварних з'єднань псевдо -a - титанових сплавів після термодифузійного насичення азотом // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1998. - №6. - С.61 - 66.

20. Погрелюк І.М. Шляхи інтенсифікації термодифузійного насичення титанових сплавів у молекулярному азоті // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1999. - №1 . - С.61 - 70.

21. Федирко В.Н., Погрелюк И.Н., Яськив О.И., Завербный Д.М. Коррозионное поведение титановых сплавов с нитридными пленками в растворах соляной кислоты // Защита металлов. - 1999. - 35, №3. - С.293 - 295.

22. Погрелюк И.Н. К вопросу об интенсификации процесса азотирования титановых сплавов // Металловед. и терм. обработка металлов. - 1999. - №.6. - С.9 - 12.

23. Fedirko V.M., Kalakhan O.S., Pohreliuk I.M. Czynnosй laczen spawania pseudo-a-titanowych stopуw po termodyfuzyjnym nasyceniu azotem // Inzynieria powierzchni. - 1999. - №1. - S.17 - 22.

24. Погрелюк І.М. Перерозподіл легувальних елементів при азотуванні титанових сплавів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1999. - №2. - С.115 - 118.

25. Fedirko V.M., Pohreliuk I.M., Yaskiv O.I. The influence of environment on titanium alloys mechanical characteristics // Metalurgija. - 1999. - Vol.38, Br.2. - P. 77 - 80.

26. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І. Вплив параметрів азотованих шарів на корозійну тривкість титанових сплавів у розчинах кислот // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1999. - №6. - С.111 - 113.

27. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І., Сірик З.О., Лаушник І.П. Вплив попередньої витримки в агресивному середовищі на втомну довговічність титанових сплавів // Машинознавство. - 1999. - №11. - С.7 - 10.

28. Погрелюк І.М., Федірко В.М., Довгуник В.М. Вплив азотування та оксидування на триботехнічні властивості титанових сплавів // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2000. - №3. - С.123 - 126.

29. Федирко В.Н., Погрелюк И.Н. Расширение функциональных возможностей титановых сплавов путем использования элементов вакуумной технологии при азотировании // Технологические системы. - 2000. - №1(3). - С.26 - 29.

30. Погрелюк І. Азотування як захист титанових сплавів від корозії у водних розчинах мінеральних кислот // Проблеми корозії і протикорозійного захисту конструкційних матеріалів: В 2-х т. / Спецвипуск журналу “Фізико-хімічна механіка матеріалів”. - Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка НАН України, 2000. - Т.1. - С.356 - 359.

31. Максимович Г.Г., Федирко В.Н., Погрелюк И.Н. Химико-термическая обработка титановых сплавов в разреженной динамической атмосфере азота / Тезисы докладов. Межреспубликанской наук. - техн. конф. “Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин”, Волгоград, 20-21 сентября 1990. - Волгоград, 1990. - С. 75 - 76.

32. Максимович Г.Г., Федирко В.Н., Погрелюк И.Н., Спектор Я.И., Храмов С.И. Интенсификация процесса азотирования титановых сплавов предварительным вакуумным отжигом / Прогрессивные технологические процессы и оборудование для термообработки: Материалы совещания. - НИАТ, 1990. - С. 42 - 45.

33. Максимович Г.Г., Федирко В.Н., Погрелюк И.Н., Спектор Я.И., Храмов С.И. Азотирование титановых сплавов в разреженной атмосфере азота / Прогрессивные технологические процессы и оборудование для термообработки: Тез. докл. Межотраслевой н/т конф. - Москва, 1991. - С. 35 - 36.

34. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Розширення функціональних можливостей титанових сплавів шляхом цілеспрямованого формування структурно-фазового стану приповерхневих шарів / I Міжнародна конф. “Конструкційні та функціональні матеріали” КФМ`93. Теорія, експеримент, взаємодія // Тези доповідей. - Львів, 1993. - С. 106 - 107.

35. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Вплив азотування на корозійні властивості титанових сплавів в розчинах кислот / Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів - Корозія -94: Матеріали міжнар. конф. - виставки / м. Львів, 3-7 жовтня 1994 р./ - Львів, Фіз.-мех. ін-т НАН України, 1994.- С. 151.

36. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Пічугін А.Т., Лук`яненко О.Г. Використання текстури деформації для підвищення корозійної стійкості титанових сплавів при дії високотемпературного газового середовища / Нові конструкційні сталі і сплави та методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Мат. VI Міжнар. конф. / м. Запоріжжя, 27-29 вересня 1995 р. / - Част.2. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1995. - С. 61 - 62.

37. Погрелюк І.М., Федірко В.М. Використання вакуумної технології при азотуванні титанових сплавів / Труды Украинского вакуумного общества, т.1. - Київ, 1995. - С. 353 - 355.

38. Погрелюк І.М., Яськів О.І. Вплив структурного класу титанових сплавів на корозійну стійкість в водних розчинах соляної кислоти / Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів - Корозія -96: Матеріали міжнар. конф. - виставки / м. Львів, 28-30 травня 1996 р./ - Львів, Фіз.-мех. ін-т НАН України, 1996. - С. 106 - 107.

39. Fedirko V.M., Pohreliuk I.V., Yaskiv O.I. Titan`s deformation properties after nitriding by periodical temperature changing / 2nd International Symposium of Croatian metallurgists “State and Development of Plastic Metal Processing” / Summaries of Lectures // Metalurgija. - 1996. - Vol.35, Br.2. - P. 116.

40. Погрелюк І.М., Яськів О.І. Інженерія поверхні титанових сплавів при азотуванні для захисту від корозії в неокислювальних кислотах / II Міжнародна конф. “Конструкційні та функціональні матеріали” КФМ`97 // Матеріали конференції. - Львів: Видавництво НТШ. -1997. - С. 248.

41. Fedirko V.M., Pohreliuk I.V., Yaskiv O.I. The forming of the protective nitrided layers on the surface of the industrial titanium alloys / Miedzynarodove Seminarium “INЇYNIERIA POWIERZCHNI `97”: Referaty / Warszawa, 12-14 Maja 1997 r. - Warszawa, 1997. - S. 11 - 14.

42. Fedirko V.M., Pohreliuk I.V., Yaskiv O.I. Influence of environment on titanium alloys mechanical characteristics / 3nd International Symposium of Croatian metallurgists “State and Development of Plastic Metal Processing” / Summaries of Lectures // Metalurgija. - 1998. - Vol.37, Br.2. - P. 124.

43. Погрелюк І.М. Конструювання азотованих шарів різної функціональної придатності на титанових сплавах / Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів - Корозія-98: Матеріали IV Міжнародної конференції-виставки / м. Львів, 9-11 червня 1998 р. / Львів, Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка НАН України, 1998. - С.195 - 197.

44. Погрелюк І.М., Яськів О.І. Формування захисних оксинітридних шарів на титанових сплавах / Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Збірник наукових праць ЗДТУ / м. Запоріжжя, 29 вересня - 1 жовтня 1998 р. - Запоріжжя: ЗДТУ, 1998. - С.161 - 162.

45. Fedirko V.M., Pohreliuk I.V., Yaskiv O.I. Corrosion behaviour of titanium alloys with nitride films in solutions of hydrochloric acid / Proceedings of the VII th International Corrosion Symposium. - 18 - 20 October 2000. - Yildiz technical University, Istanbul, Turkey. - P.558 - 563.

46. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Наукові основи керування властивостями азотованих шарів на титанових сплавах // Матеріали міжнародного науково-технічного симпозіуму “Сучасні проблеми механіки матеріалів: фізико-хімічні аспекти та діагностика властивостей”. - Видавничий центр Наукового товариства імені Шевченка, Львів, 2001. - С. 126 - 127.

47. Федірко В.М., Погрелюк І.М., Яськів О.І. Використання елементів вакуумної технології при азотуванні для підвищення захисних властивостей азотованих шарів та рівня механічних характеристик титанових сплавів / Вакуумные технологии и оборудование: Сборник докладов 4-го Международного симпозиума “Вакуумные технологии и оборудование”. - Харьков: ИПЦ “Контраст”, 2001. - С.400 - 404.

Анотації

Погрелюк І.М. Фізико-хімічні основи інтенсифікації процесу азотування титанових сплавів та конструювання зміцнених шарів з підвищеною зносо- та корозійною тривкістю - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - Матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, 2001.

Розроблено фізико-хімічні основи інтенсифікації термодифузійного насичення титанових сплавів у молекулярному азоті. Оцінено ефективність та умови використання таких чинників інтенсифікації як температура, циклічна зміна температури, парціальний тиск азоту. Встановлено вплив вихідної текстури деформації на інтенсивність взаємодії титанових сплавів з азотом. Розвинуто модельні уявлення про фазоутворення на поверхні титанових сплавів в азоті, що містить кисень. Виявлено особливості поверхневих нітридних плівок, сформованих за умов термоциклування. Запропоновано механізми формування оксинітридів на поверхні титанових сплавів. Встановлено взаємозв'язок між чинниками інтенсифікації і морфологією азотованих шарів титанових сплавів. Вперше запропоновані підходи до інженерії поверхні титанових сплавів при азотуванні, що дозволяє керувати структурно-фазовим станом приповерхневих шарів і забезпечувати регламентований рівень поверхневого зміцнення. Отримані структурно-фазові стани приповерхневих шарів проаналізовано з точки зору їх функціональної придатності. Оптимізовано режими та схеми хіміко-термічної обробки для формування азотованих шарів з підвищеною зносо- та корозійною тривкістю.

Ключові слова: титан, титанові сплави, азотування, структурно-фазовий стан приповерхневих шарів, нітрид, оксинітрид, зносотривкість, корозійна тривкість

Погрелюк И.Н. Физико-химические основы интенсификации процесса азотирования титановых сплавов и конструирования упрочненных слоев с повышенной износо- и коррозионной стойкостью - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.01 - Материаловедение. - Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов, 2001.

Предложены новые подходы к интенсификации термодиффузионного насыщения титановых сплавов азотом, которые базируются на устранении диффузионного барьера нитридной и оксидной пленок (снижение парциального давления азота) и на активации титановой матрицы путем обеспечения соответствующих структурных изменений как в процессе обработки (термоциклирование), так и перед насыщением (использование материала с определенной исходной текстурой деформации). Оценена эффективность и определены условия использования этих факторов интенсификации. Установлены закономерности взаимодействия титановых сплавов с азотом в условиях термоциклирования и показаны особенности формирующихся поверхностных нитридных пленок. Развито модельные представления о фазообразовании на поверхности титановых сплавов в азоте, который содержит кислород. Предложены механизмы формирования оксинитридов на поверхности титановых сплавов и оптимизированы режимы химико-термической обработки для их реализации. Установлены корреляционные зависимости между параметром решетки модифицированного кислородом монитрида титана и поверхностной микротвердостью, что позволило определить условия формирования оксинитрида с максимальной твердостью TiN0,6…0,7O0,3…0,4.

На базе предложенных подходов разработаны основы технологии поверхностного модифицирования титановых сплавов в контролируемой азотосодержащей среде, что позволяет управлять структурно-фазовым состоянием приповерхностных слоев и обеспечивать регламентированный уровень поверхностного упрочнения. Полученные структурно-фазовые состояния приповерхностных слоев проанализированы с точки зрения их функциональной пригодности. Оптимизированы режимы и схемы химико-термической обработки для формирования азотированных слоев с повышенной износо- и коррозийной стойкостью в водных растворах хлоридной, сульфатной и фосфатной кислот высоких концентраций.

Ключевые слова: титан, титановые сплавы, азотирование, структурно-фазовое состояние приповерхностных слоев, нитрид, оксинитрид, износостойкость, коррозионная стойкость.

Pohreliuk I.M. The physico-chemical foundations of nitriding process intensification of titanium alloys and strengthened layers engineering with higher wear and corrosive resistance _ manuscript.

Thesis for the degree of Doctor of Technical Science in speciality 05.02.01 - Material Sciences. - Karpenko Physico-Mechanical Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2001.

The physico-chemical foundations of thermodiffusive saturation's intensification of titanium alloys in molecular nitrogen are developed. The effectiveness of such intensification's factors as temperature, temperature cyclic change, the partial pressure of nitrogen. The influence of the base stain texture on the interaction's intensity of titanium alloys and nitrogen is determined. The model idea for phase formation on the titanium alloys' surface in oxygen containing nitrogen is developed. The peculiarities of the surface nitride films formed under the condition of thermocycling are showed and prospects of their using are outlining. The oxynitride formation mechanisms on titanium alloys' surface are proposed. The correlation between intensification's factors and nitride layers' morphology of titanium alloys is defined. For the first time the approaches to engineering of titanium alloys' surface at nitriding are proposed. It allows making control of the undersurface layers' structural and phase state and ensuring the regulated level of surface strengthening. The obtained structural and phase states of undersurface layers are analyzed in point of theirs service ability. The optimization of the condition and scheme of chemical and thermal treatment are made to form nitride layers with higher wear and corrosive resistance.

Key words: titanium, titanium alloys, nitriding, undersurface layers' structural and phase state, nitride, oxynitride, wear and corrosive resistance.

Размещено на Allbest.ru