Способ модификации структуры изделий из титановых сплавов

(51) 22 3/00 (2011.01) 22 1/18 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к радиационной модификации дефектной кристаллической структуры изделий из титановых сплавов,применяемых в авиационной и ракетно-космической отрасли. Способ модификации структуры изделий из титановых сплавов путем облучения заключается в том, что его осуществляют протонами с энергией 30-40 МэВ интенсивностью 1013-1014 см-2.с-1. Предлагаемый способ позволяет повысить прочность изделий из титановых сплавов за счет полной модификации дислокационной структуры сплава.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяственного ведения Казахский национальный педагогический университет имени Абая Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ СТРУКТУРЫ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Изобретение относится к радиационной модификации дефектной кристаллической структуры изделий из титановых сплавов,применяемых в авиационной и ракетно-космической отрасли. Известен способ обработки инструмента из сплава ТН-20, предусматривающий облучение ионным пучком наносекундной длительности потоком энергии 1-3 дж/см 2, дозой 2,5-1013- 1014 см 2 в импульсе (А.с.1441792, кл. С 21 1/09,оп.30.09.1994 г.). Известен также способ модификации структуры изделий из титановых сплавов, включающий удаление электрохимическим травлением поверхностного слоя, затем удаление растворенного в приповерхностном слое сплава газа путем диффузионного вакуумного отжига и последующее облучение поверхности ионным пучком состава 30 С и 70 Н с энергией 200-400 КэВ,плотностью тока 50-150 А/см 2, 1-3 импульсами длительностью 30-5-нс (пат.2164547, кл. 22 3/00, 22 1/18, 23 17/00, оп. 27.03.2001). Недостатком обработки изделий путем облучения ионным пучком является формирование микрократеров на облучаемой поверхности. Образующиеся кратеры могут приводить к снижению уровня эксплуатационных свойств изделий, прежде всего к уменьшению усталостной прочности и коррозионной стойкости (Шувалов В.А., Ремнев Г.Е., Ночовная Н.А. и др. Явление кратерообразования при взаимодействии при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов, влияние предварительной подготовки поверхности//Поверхность. Физика,химия,механика.-1995 г. 7, с.117-128). Кроме того,облучение ионным пучком позволяет осуществить обработку только поверхностного слоя,модификации же внутренней структуры изделия не происходит, т.к. ионы не способны проникать на глубину больше, чем несколько атомных слоев, что не обеспечивает исключение внутренних дефектов,и, следовательно, отрицательно влияет на прочность изделий. Задачей изобретения является разработка способа модификации кристаллической структуры изделий из титановых сплавов в целом,обеспечивающего повышение прочности. Для этого в способе модификации структуры изделий из титановых сплавов путем облучения,согласно изобретения, облучение ведут протонами с энергией 30- 40 МэВ интенсивностью 1013-1014 см-2 с 1 при флюэнсе (1-5)-1016 см-2. Прочность реальных конструкционных материалов из-за наличия дефектов структуры на два-три порядка ниже теоретической,характеризуемой сопротивлением разрыву межатомных связей. Независимо от назначения все изделия из металлов подвергаются механической обработке, в том числе деформации - главного источника дислокационных дефектов. Дислокационные дефекты за счет сил взаимодействия образуют трещины, которые,2 постепенно развиваясь и ослабляя сечение,приводят к разрушению детали, что нередко связано с аварией и тяжелыми последствиями. Поэтому при создании конструкции высокой прочности необходимо стремиться к обеспечению равновесного ее состояния с равномерным распределением структурных дефектов по всей массе детали путем их преобразования в точечные,обладающие минимальной внутренней энергией. В предлагаемом изобретении предложено проводить облучение изделий из титановых сплавов протонами с энергией 30-40 МэВ интенсивностью 1013- 1014 см-2 С-1 при флюэнсе (1-5)-1016 см-2 Это обеспечивает облучение протонами высокой энергии на прострел, т.е. высокоэнергичные протоны после взаимодействия со структурой кристалла проходят через деталь насквозь,модифицируя структуру кристалла целиком. Облучение при заявленных параметрах обеспечивает полную модификацию дислокационной структуры сплава. Пример. Облучению протонами с энергией 3040 МэВ интенсивностью 1013-1014 см-2 с-1 подвергались пластины из титанового сплава толщиной 1-2 мм и диаметром 15-20 мм на изохронном ускорителе типа У-150 М при Институте ядерной физики НЯЦ РК до интегральной дозы(флюенс) (1 - 5)-1016 см-2. Образцы имели исходное отожженное в вакууме 5-10-7 мм рт.ст. при температуре 900 в течение 1 часа и деформированное при комнатной температуре на 50 состояния. Температура образцов во время облучения не превышала 70 С. Расчетное значение энергии протонов на оборотной стороне образцов при толщине 1-2 мм отличается от энергии падающих частиц на 5-8 МэВ, поэтому образцы облучались на прострел. Для исследования внутренней структуры готовых изделий был привлечен неразрушающий метод контроля,как метод позитронной спектроскопии. Основным структурночувствительным параметром при этом является вероятность аннигиляции позитронов со свободными электронами- /, определяемая в результате обработки экспериментального спектра. Пластическая деформация на 50 приводит к существенному возрастанию вероятности аннигиляции позитронов,что является свидетельством образования новых структурных дефектов в нем (таблица). Облучение протонами предварительно деформированных на 50 сплава в интервале флюенсов (1 - 5)-1016 см-2 вызывает радиационно-стимулированную перестройку дислокационной структуры материалов. Эти данные подтверждаются результатами расчета среднего размера новых структурных нарушений - 10,характерных вакансионным скоплениям,и изохронального отжига (рисунок). В структуре пластически деформированного на 50 сплаваобнаруживаются две стадии возврата структурных нарушений - вакансионная и дислокационная(кривая 1). В структуре облученного из деформированного на 50 состояния в области температур 60-220 С наблюдается ярко выраженная одна низкотемпературная стадия (кривая 2), свидетельствующая о полной дислокационной структуры сплава. Таблица Структурные характеристики сплавов титана Материал Кинетика отжига сплава-7,6 ат. , подверженного различным воздействиям. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ модификации структуры изделий из титановых сплавов путм облучения, отличающийся тем, что облучение ведут протонами с энергией 30-40 МэВ интенсивностью 1013- 1014 см-2.с-1 при флюэнсе (1-5) 1016 см-2.