удк 538.911 закономерности строения тройных диаграмм на

Перспективные материалы в технике и строительстве
УДК 538.911
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ ТРОЙНЫХ ДИАГРАММ
НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИДА ТИТАНА
Т.Н. Маркова1, М.М. Морозов1, А.А. Клопотов2, А.И. Потекаев3,
А.В. Чумаевский2, Е.А. Кнестяпин2
1
2
Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Россия
Томский государственный архитектурно-строительный университет, г. Томск, Россия
3
Сибирский физико-технический институт, г. Томск, Россия
4
Томский политехнический университет, г. Томск, Россия
E-mail: patriot rf@mail.ru
Тройные и более сложные системы отражают свойства граничных бинарных систем. Параметры взаимодействия между атомами специфичны для многокомпонентных
систем. И эта специфичность отражается на тройных и более сложных системах. На
основе систематизации и сравнительного анализа двойных и тройных диаграмм состояний титановых сплавов И.И. Корнилов разделил их на десять групп в зависимости
от способности элементов образовывать твердые растворы и химические соединения
с титаном и от характера фазовых превращений в твердом состоянии [1]. Эта довольно
сложная систематизация и она не получила широкого распространения.
В настоящее время используют подход, основанный на делении всех тройных
диаграмм на две основные группы: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения (а также смешанные твердые растворы замещения–внедрения). Каждая из этих основных групп подразделяется на две подгруппы: сплавы, содержащие
алюминий, и сплавы без алюминия.
Важно то, что именно основной тройной системой, на которой базируются почти все промышленные титановые сплавы, являются системы типа Ti-Al- Ме. Поэтому при создании сплавов на основе алюминидов титана необходимо упорядочение
знаний и установление общих закономерностей о влиянии третьего элемента на
структурно-фазовые состояния в тройных системах Al-Ti-Ме.
В данной работе представлены результаты анализа строения тройных диаграмм
состояния систем на основе Al-Ti.
На рис. 1 приведены изотермические сечения тройных систем с твердыми растворами замещения Ti-Al-Ме (Ме =V,Cr, Mn, Fe, Co, Ni). Анализ этих систем показывает, что происходит уменьшение размеров областей гомогенности твердого раствора на основе -Ti в ряду легирующих элементов VCrMnFeCoNiCu.
При этом наблюдается рост числа интерметаллических соединений внутри изотермических треугольников, которые не соприкасаются со сторонами изотермического
треугольника.
На приведенных диаграммах изотермического сечения прослеживается эволюция заполнения их тройными фазами с ростом средних групповых чисел (СГЧ).
Среднегрупповым числом элементов будем считать число электронов за пределами
оболочки соответствующего инертного газа, т. е. для нашего случая число s, d
и р-электронов. Видно, что чем больше СГЧ, тем разнообразнее как наличие трой286
Секция 4. Фазовые состояния и превращения в металлах и сплавах
ных фаз, так и морфология их расположения на изотермических сечениях. На тройных диаграммах рост плотности изолиний с одинаковыми значениями СГЧ отражает увеличение различия электронной структуры образующих сплав элементов.
Рис. 1. Изотермические сечения при температурах от 900 до 1000 С тройных фазовых диаграмм систем Ti-Al-Me по данным [2-7]. Штриховыми линиями и цифрами над ними
показаны изолинии и значения средних групповых чисел
287
Перспективные материалы в технике и строительстве
Рис. 2. Изотермические сечения фазовых диаграмм систем Ti-Al-C (а) при температуре
1000 С [5, 8] и Ti-Al-Si (б) при температуре 700 С [5, 9]
Совершенно другой характер распределения соединений и твердых растворов
имеет место на изотермических сечениях тройных систем с твердыми растворами
внедрения Ti-Al-Ме (Ме = C, Si). При анализе этих диаграмм, подход, основанный
на идеологии СГЧ не работает.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Корнилов, И.И. Химическое взаимодействие титана с другими элементами /
И.И. Корнилов, П.Б. Будберг // Успехи химии. – 1955. – Т. 25. – Вып. 1. – С. 1474–1501.
2. Nic, J.P. Structure/property observations for Al-Ti-Cr alloys near the cubic
(Al,Cr)3 Ti phase / J.P. Nic, J.L. Klansky, D.E. Mikkola // Mater. Sci. Eng. A. – 1992. –
V. 152. – № 1/2. – P. 132–137.
3. Palm, M. The Fe-Al-Ti system / M. Palm, G. Inden, N. Thomas // J. Phase equilib. – 1995. – V. 6. – № 3. – P. 209–222.
4. Kogachi, M. Long Range Order in L12 ternary intermetallic compound Al3Ti-X
(X=Fe, Ni, Cu, Ag) / M. Kogachi, S. Minamigawa, K. Kakahigashi // Scripta metall. mater. – 1992. –V. 27. – P. 407–412.
5. Диаграммы состояния металлических систем / под ред. Н.В. Агеева. – М. :
ВИНИТИ, 1960–1989. – Вып. 5–34.
6. Atom order and thermodynamic properties of the ternary Laves phase
Ti(TiYNiXAl1XY)2 / A. Grytsiv, X.-Q.Chen, V.T. Witusiewicz [etc.] // Zeitschrift fur Kristallographie. – 2006. – V. 221. – P. 334–348.
7. Hellwig, A. Phase equilibria in the Al-Nb-Ti system at high temperatures /
A. Hellwig, M. Palm, G. Inden // Intermetallics. – 1998. – V. 6. – P. 79–94.
8. Cam, G. D. R. F. West, D.R.F. The Alloying of Titanium Aluminides with Carbon.
Mater / G. Cam, H.M. Flower // Res. Soc. Symp. Proc. – 1989. – V. 133. – P. 663–668.
9. Raman, A. On the Constitution of Some Alloy Series Related to TiAl3. II. Investigation on Some Systems T-Al-Si and T4...6 / A. Raman, K. Schubert // Z. Metallkd. –
1965. – V. 56. – P. 44–52.
288