Page 9 - НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

7
У четвертому розділі викладено кінетичні закономірності термодифузійного
насичення азотом титанового сплаву ВТ22 та оцінено ефективність азотування, сумі-
щеного зі ЗТО, залежно від структурного стану сплаву.
Штатним для титанового сплаву ВТ22 є триступеневе ЗТО. На першому ступені
оброблення залежно від витримки та температури відбуваються процеси рекристалі-
зації, росту зерен β-фази і перерозподілу легувальних елементів у сплаві; на другому
ступені – зародження та ріст зерен α-фази; на третьому – дисперсійний розпад β-
фази. Тобто, на кожному зі ступенів ЗТО співвідношення фаз і їх морфологія є різ-
ними. Оскільки розчинність азоту в α-фазі титану майже в 4 рази більша, ніж у β-
фазі, а коефіцієнт дифузії азоту в β-титані на два – три порядки більший, ніж в α-
титані, то це обумовлює різну потенційну здатність до розчинення азоту та впливає
на його дифузійну рухливість на різних ступенях ЗТО. Тому для оптимального ком-
бінування ЗТО та азотування в одному технологічному циклі необхідно дослідити
кінетичні закономірності термодифузійного насичення азотом титанового сплаву
ВТ22 на кожному зі ступенів ЗТО – за температур 750 та 820°С. Досліджень за тем-
ператури третього ступеня не проводили, зважаючи на низьку хімічну активність азо-
ту нижче 600°C.
Співвідношення між приростом маси сплаву та тривалістю азотування для за-
значених температур характеризує відносну інтенсивність протікання процесу. Кі-
2
нетичні криві описуються параболічною залежністю (∆m/S) = K ·τ. Значення пара-
ρ
болічної константи швидкості азотування К для температур 820 та 750°С визначені
ρ
графічним способом за тангенсом кута нахилу прямих часової залежності квадрату
приросту маси азотованих зразків і наведені у таблиці 1. Вони кількісно відобража-
ють відносну інтенсивність протікання процесу азотування і свідчать про те, що зі
зниженням температури з 820 до 750°С швидкість азотування зменшується у 3 рази
(табл. 1).
Таблиця 1.
Кінетичні параметри азотування титанового сплаву ВТ22
2
4
-12
К г /(см сек), 10 А, Q, кДж/моль
ρ,
2
4
750°С 800°С 820°С 850°С 900°С 950°С г /(см сек)
-3
1,41 2,64 4,66 8,20 16,40 52,40 3,9 10 186,6
Отримані дані доповнили низькотемпературний діапазон залежності параболіч-
ної константи швидкості азотування сплаву, що дозволило уточнити енергію акти-
вації процесу та інші кінетичні параметри для широкого температурного діапазону
(750…950°С) (табл. 1). Отримані кінетичні константи (К , Q, А) дають можливість
ρ
прогнозувати параметри азотування сплаву ВТ22 для отримання регламентованого
поверхневого зміцнення.
Азотування суміщали зі ЗТО за режимом, представленим на рисунку 4. Неза-
лежно від вихідного структурного стану на по-
верхні сплаву під час азотування формується
двофазна (TiN+Ti N) нітридна плівка. Найвища
2
інтенсивність ліній нітридних фаз, а також
найбільший зсув піків матричних фаз у бік
ближніх кутів спостерігали у сплаву з вихід-

ною β-структурою, що опосередковано свід-
Рис. 4. Режим азотування суміщеного чить про інтенсивніше нітридоутворення та га-
зі ЗТО сплаву ВТ22 зонасичення сплаву з цією структурою.