Научные труды (Вестник МАТИ), 2002, №5 (77)
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Общетехнические дисциплины
Наименование: Научные труды Вестник МАТИ
Год издания: 2002
Кол-во страниц: 466
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ - Щ г МАТИ «МАТИ»-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО - легпию МАШМ им. (К.Э. Щиолкобскош посвящается НАУЧНЫЕ ТРУПЫ ВЫПУСК 5 С77Э МОСКВА 2002
Министерство образования Российской Федерации «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского НАУЧНЫЕ ТРУДЫ Издание основано в 1940 году Выпуск 5 ИЦ «МАТИ» - РГГУ им. К.Э. Циолковского Москва ¿002
УДК 621; 669; 681.5; 66; 621.37/39; 681.2; 005; 504; 51; 53; 531/534; 54; 378 Научные труды MATH им. К.Э. Циолковского. Вып. 5 (77). - М.: ИЦ «MATH» - РГГУ им. К.Э. Циолковского, 2002. - 466 с. ISBN 5-93271-117-5 В данном выпуске сборника Научных трудов представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований, выполненных учеными МАТИ, в том числе в содружестве со специалистами других организаций в широком спектре научных направлений, включая научно-исследовательские работы по грантам и ряду научно-технических программ. Часть статей сборника написана по материалам докладов, рекомендованных к публикации Всероссийской научно-технической конференцией «Новые материалы и технологии» - НМТ-2002, состоявшейся в октябре 2002 года. Сборник рассчитан на научных работников, преподавателей вузов и аспирантов. Может использоваться рри переподготовке кадров промышленных предприятий. Главный редактор: проф. А.П. Петров Заместитель главного редактора: проф. В.А. Васильев Редакционная коллегия: Ответственные секретари редколлегии: заел. проф. МАТИ Бибиков Е.Л., чл.-корр. РАН, проф. Васильев В.В., чл.-корр. РАН, проф. Ильин А.А., проф. Лапин В.Л., проф. Мануйлов В.Ф., проф. Намазов В.Н., проф. Родинов В.Б., проф. Соколов В.П., проф. Суминов И.В., проф. Федоров В.К., доц. Уваров В.Н., нач. ОНТИ Чивикина Г.И., проф. Юрин В.Н. Затеева Т.А., Иванова Э.И. Научные редакторы: проф. Авдошин С.М., проф. Бойцов А.Г, проф. Болотин И.С., проф. Бунаков В.А., проф. Бухаров С.В., проф. Галкин В.И., проф. Зотов В.А., проф. Коллеров М.Ю., проф Мамонов А.М., проф. Попов В.Г., проф. Родинов В.Б., заел. проф. МАТИ. Суминов В.М., проф. Чумадин А.С., проф. Шевченко И.В., проф. Шолом А.М., проф. Цырков А.В., доц. Юдин Г.В. Тел. (095) 915-37-76, факс 915-09-35 Адрес; 121552 Москва, Оршанская ул., 3, МАТИ ISBN 5-93271-117-5 © «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского, 2002
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий сборник Научных трудов выходит в конце юбилейного года - 70-летия MATH им. К.Э. Циолковского. Структура и содержание сборника подтверждают прозвучавшие во время торжеств по случаю этого юбилея слова ректора проф. А.П. Петрова о том, что в настоящее время MATH - крупный научно-исследовательский центр России, в стенах которого сформировались и успешно развиваются научные школы в области современных направлений науки, техники и технологии, в том числе высокотемпературной сверхпроводимости, материалов с «памятью формы», «интеллектуальных» композитов на основе керамики, полимеров, металлов, углерода, а также информационных технологий. Вместе с ведущими предприятиями аэрокосмической орасли: ММПП «Салют», ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, ОКБ им. П.О. Сухого, ГНЦ ВИАМ, НПО «Энергия», рядом предприятий Росавиакосмоса и других отраслей - MATH участвует в крупнейших проектах по созданию ракетно-космических систем, авиационной техники, автоматизированного оборудования, медицинской техники, новейших материалов и технологий. 25 % статей данного сборника подготовлены по материалам докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» - НМТ-2002, состоявшейся в октябре юбилейного для нашего университета года. Это доклады, рекомендованные секциями конференции к опубликованию в сборнике «Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского». Здесь доклады как ученых MATH, так и других организаций, принимавших участие в конференции. НМТ - 2002 - крупная научно-техническая конференция, неизменно вызывающая большой интерес научно-технической общественности страны. На конференции НМТ-2002 на 16 секциях 630 авторов из 100 вузов, НИИ, предприятий из 36 городов России (от Санкт-Петербурга до Владивостока), а также из Казахстана, Италии, Польши, Украины представили 410 докладов по 7 основным направлениям: I. Материаловедение и технология материалов II. Проектирование, производство и эксплуатация изделий машиностроения III. Приборостроение, лазерная техника и информационные технологии IV. Электронная техника и технология V. Экономика, экология и гуманитарные науки VI. Управление качеством и сертификация VII. Компьютерные технологии в учебном процессе инженерного образования На рис. 1 показаны доли докладов, представленных на секциях упомянутых научных направлений авторами из МАТИ, других организаций и совместно. В среднем более 40 % докладов сделаны авторами из других организаций или совместно с МАТИ, □ МАТИ ■ Совместно □ Другие оргаизации Рис. 1. Доли докладов на конференции, представленных МАТИ, другими организациями и совместно Научные Труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. 2002 г. Вып. 5 (77) 3
ПРЕДИСЛОВИЕ что свидетельствует о высоком авторитете данной конференции, проводимой в МАТИ с 1993 года. Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского содержат 11 традиционных разделов, соответствующих многопрофильному характеру нашего университета. В данном выпуске Научных трудов представлены результаты фундаментальных и прикладных исследований, выполненных в широком спектре научных направлений, включая научно-исследовательские работы по грантам Минобразования РФ, правительства г. Москвы, по федеральным научно-техническим программам и научно-техническим программам Минобразования РФ, Минпромнауки РФ. Редколлегия сборника «Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского» 4 Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского, 2002 г. Вып. 5 (77)
, ...... МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ , , , УДК 669.295 ПАРАМЕТРЫ ДИФФУЗИИ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМЕЩЕНИЯ В а И |3 - ТИТАНЕ Доц., к.т.н. С.Б. Белова, д.т.н., проф. Б.А. Колачев, доц., к.т.н. И.М. Мамонов Приведены коэффициенты диффузии легирующих элементов в а и (3-титане. Показано, что энергия активации диффузии элементов в (3-титане возрастает с увеличением номера элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Given here are diffusion coefficients of alloying elements in a and [3-titanium. It was shown that the activation energy of diffusion of elements in (3-titanium rises with increasing of the element number in the Periodic Table of D. Mendeleev. Изучение диффузии элементов в металлах представляет значительный интерес по крайней мере по двум причинам: а) параметры диффузии являются фундаментальными свойствами металлических систем; б) коэффициенты диффузии необходимо знать для решения ряда практически важных задач. К настоящему времени для титановых сплавов накоплено довольно много экспериментальных данных, но они не получили должного обобщения. В табл. 1 и 2 приведены значения энергии активации Q и предэкспоненциального множителя D0 при диффузии различных элементов в а и р-титане. В этих же таблицах указаны чистота титана, Температурные интервалы исследования диффузии и методика определения коэффициентов диффузии. Были приняты следующие обозначения методов исследования: I - методы тонкого слоя (с использованием радиоактивного диффундирующего вещества); II - метод диффузионных пар; III - данные из справочных изданий без указания методики. Таблица 1 Диффузия в а-титане Порядк, номер элемента Элемент Температура, °C D?, CM le Q, «Дж/моль ce Oh CD 2 Материал, чистота, % Первые авторы Литература 4 'Be 717-857 14 103 260,2 I Литой Шабалин А Н., 1979 5 ВТ1-0 13 AI 834-900 1.6-10'5 99,3 II D.Goold, 1959/60 20 700-850 9.7-10'5 115,2 II А.Покоев, 1976 4 516-642 8-10'3 95,1 II F.J.J.van Loo, 1973 10 560-648 9,59-10‘6 92,5 II J.Pouliquen,1972 18 22 44T¡ 690-880 8,6 10’6 150,4 1 99,99 Dyment F, 1968 2 44Tj 740-876 6,6 10'5 169,3±8,4 1 99,97 Dyment F, 1980 8 44Ti 503-859*** 11.7-104 192,8±3 1 м.н. C.Herzig, 1991 17 24 3,Cr 600-850 //2.2-10‘6 //165.5±4.1 1 м.н. H. Nakajima, 1990 9 12.0-10’6 1169.4 Научные труды МАТИ им. К.Э, Циолковского, 2002 г . Выл. 5 (77) 5
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Продолжение табл. 1 Порядк. номер элемента Элемент Температура, ЙС О2 О NJO О Q, «Дж/моль Метод Материал, чистота, % Первые авторы Литература 25 _ я МгГ 605-862 //4,9*10’" 160,5 I м.н. Y.Nakamura, 1988 7 16,0*10’2 189,2 1,7-Ю"1 175,5 26 700-850 1,2-10'4 110,6 I Л.Корнелюк, 1973 3 59Fe 653-763 //4,7-10"7 //112,312,5 I м.н. H.Nakajima, 1984 6 16,4-10'6 1144,211,2 55Fe 700-850 9,3-10’4 109,7 I иодидн. Б.Бокштейн, 1972 16 27 ст с Оо 653-763 //1,9-10‘¿ //114,1+0.9 I м.н. H. Nakajima, 1984 6 13,2-Ю'2 1126,111.2 28 6JNi 653-763 //5.6-10'6 //137,211.4 I м.н. H. Nakajima, 1984 6 15.4-1 O’6 1141,811.5 63Ni 799-850 3,4-Ю'1 156,4 I технич. С.Бокштейн,1972 16 50 Sn 834 0.5-10 10 II D.Goold, 1959/60 20 113Sn700-1100 7.1-10"5 122,3 I иодидн. С.Бокштейн, 1960 11 123Sn 8.9-10'4 159,2 технич. Диффузия в (3-титане Таблица 2 Порядк. номер элемента Элемент Температура, °С °§> см /с Q , кДж/моль Метод Материал, чистота, % Первый автор Лите- pa- ! тура 4 7Ве 915-1300 0,80-10'4 168,4 I Л Павлинов, 1969 1,2 13 AI 983-1250 1,4-10’5 91,8 II Goold D, 1959/1960 20 15 32 р 945-1600 D o i= 5 D o 2 = 3 ,6 2 -1 0 '3 Q,=236,7 Q2=101 I 99,7-99,9 J.Askill, 1965 1,2 21 46Sc 940-1570 4-10'3 135,8 I 99,95 J.Askill, 1971 2 22 ^ т Г 900-1580 1,9-10'3 152,9 I 99,9 N.Walsoe de 2 898-1540 950-1511 D01=1,09 Do2=3,58-10’4 4,54 10"* Q,=251,4 Q2=130,7 131,1 I I 99,9 99,97 Reca, 1968 J. Murdock, 1964 2 15 A.E. Pontau,1979 23 4V 900-1540 D o ,= 3 ,4 d02=i ,o-io ’3 Q,=257,7 Q2=145,4 I 99,9 J.Murdock,1964 J.Askill,1965 1,2 23 V 900-1248 6,0-Ю'3 165,9 II Goold D, 1959/1960 20 900-1000 DOi=5,89-10‘4 DO2=3,31-10’3 Qi=170 Q2=157 II J.Murdock,1968 18 I 900-1000 1.31-10'8 44,4 II S.Fedotov ,1969 18 950-1510 D0i=1,24-10'4 D02=4,46-10's Q,=239 Q2=140 II K.lnoue,1980 18 6 Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского, 2002 г. Вып. 5 (77)
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Продолжение табл. 2 Порядк. номер элемента Элемент Температура, °C D„, cm2/c Q. : .- кДж/моль Метод Материал, чистота, % Первый автор Литература 24 Ь1Сг 970-1650 D01=14,0 D02=7,4-10'3 Q,=274,4 Q2=153,4 99,7-99,9 G.Gibbs, 1963 J. Askill, 1965 1,2 Сг 700-1200 8-1 O'2 284,7 I П.Грузин, 1958 14 900-1000 0,5-10"2 MO'2 147,9 158,0 III технич. иодидн. A.J.Mortlock,1959 13 25 Ь4Мп 930-1650 D01=12,0 Do2=7.6-10'3 Q,=270,3 Q2=143,7 I 99,7-99,9 G.Gibbs,1963 J.Askill, 1965 1,2 Мп 830-1190 1,0-1 O'3 147,5 II Goold D,1959/1960 20 26 bbFe 59Fe Fe 55Fe 920-1650 1000-1200 800-1200 900-1200 D0,=15,0 D02=8,0-10‘3 5.6- 1 O'3 8,2-10‘3 5.6- 103 Q,=254,3 Q2=125,7 131,1 104,67 130,5 I I 99,7-99,9 иодидн. G.Gibbs, 1963 J.Askill, 1965 Л.Корнелюк, 1973 П. Грузин, 1958 Б.Бокштейн, 1972 ■ 1,2 3 14 16 27 _шСо~ Со 910-1650 910-1000 D01=16,0 D02=13,0-1 O'3 1,6-1Q‘2 Q1=256,8 Q2=129,5 119,74 I 99,7-99,9 G.Gibbs, 1963, J.Askill. 1965 С.Герцрикен, 1962 1,2 14 28 DJNi 930-1650 Do,=20,0 DO2=17,0-10‘3 Q,=251,4 Q2=132,4 99,7-99,9 G.Gibbs,1963 J.Askill, 1965 1,2' 63Ni 900-1100 3.0-102 247,7 I технич Б.Бокштейн, 1972 16 29 Си 960-1460 D0i=11,3 D02=2,1-10-3 Q,=252,2 Q2=122,3 I O.Caloni,1969 2 40 ybZr Zr 920-1500 1000-1500 4,7-10‘3 2-10‘4 148.3 117.3 I I 98,94 иодидн. Л.Павлинрв,1967 К. Константинов,1973 12 19 41 "Nb 1000-1650 Do, =9,5 D02=1,3-10‘3 Q,=291,2 Q2=146,2 I 99,7-99,9 G.Gibbs,1963 J.Askill,1965 12 94Nb 950-1511 2,91 -10 4 130,0 I 99,97 A.Pontau, 1979 15"; 42 ""Mo" 900-1650 Do,=3,6 D02=0,7-10'3 Q,=272,4 Q2=154,6 I 99,7-99,9 G.Gibbs, 1963 J.Askill, 1965 : 1,2 "Mo 900-1100 1100-1560 2.8-10'4 0,24 139,1 214,9 I Л.Павлинов,1967 1 Mo 938-1248 1,0-10‘5 100,6 II Goold D, 1959/1960 20 47 '1TUAg' 940-1590 Do2=3-10'3 Q2=180,2 I 99,95 J.Askill,1971 12 50 113Sn 950-1600 D0i=9,5 Do2=0,38-10‘3 Q,=289,9 Q2=132,4 I 99,7-99,9 J.Askill,1965 2 Sn 1004-1250 1090-1250 8.4-10'7 2,7-1 O'4 64,1 124,9 II Goold D, 1959/1960 20 113Sn 123Sn 700-1100 1.6-103 104 329.3 362.4 I иодидн. технич. С.Бокштейн,1960 11 Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского, 2002 г. Вып. 5 (77) 7
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Продолжение табл. 2 Порядк. номер элемента Элемент Температура, ЬС Do, см2/с Q, кДж/моль Метод Материал, чистота, % Первый автор Литература 73 '“ Та 914-1600 СО II оQ Qi=310,1 I ¿АзкШ,1966 2 D0?=3-10'4 Q2=140,4 74 1Bbw 900-1250 З,6-10‘3 183,9 I Л.Павлинов,1967 1,2 Грузин, 1958 W 700-1200 0,3 206,15 I 14 92 * ьи 915-1025 2-10'3 138,3 III ЛЭе Кегои!аз, 1967 1 У.Адда,1960 и 950-1075 4,6-10'4 126,5 I 14 Л.Павлинов,1970 235и 900-1200 5,1-10"4 122,8 I 99,62 12 94 Pu 900-1100 Ю'ь 64,1 III М.Оапе!, 1969 2 Примечания: м.нмонокристалл 1 - перпендикулярно оси С ГПУ- решетки а-титана //- параллельно оси С ГПУ- решетки а-титана Диффузия элементов замещения в а-титане достаточно хорошо описывается уравнением Аррениуса во всем интервале температур с одной энергией активации. Диффузия элементов замещения в р-титане не описывается единой линейной зависимостью 1д Эо-1/Т во всем интервале концентраций. Значения Э при низких температурах выше полученных линейной экстраполяцией данных для высоких температур. Для Р-титана коэффициент диффузии Э можно выразить соотношением: □=О1+О2=О01 ехр(-0-|/РГГ) + йог ехр (-02/КТ). В этом соотношении Э1 соответствует обычному моновакансионному механизму, а Э2 связывают либо с дислокационными путями ускоренной диффузии, либо с примесными вакансиями [21]. Для р-титана С52=0,43-0,66 а 002=2,3-10'5-1,3-10‘3 Э01. Энергия активации диффузии в а-титане близка к энергии активации 0 2за исключением марганца. Энергии активации самодиффузии обычно больше, чем энергия активации при диффузии элементов замещения [21]. Для а-титана эта закономерность справедлива: исключение составляет лишь марганец. Для Р-титана , напротив, энергия активации при диффузии и самодиффузии близки. Какой-либо зависимости энергии активации и параметра Э0 от несоответствия размера атомов и модуля сдвига элементов и титана не было обнаружено. Вместе с тем наблюдается повышение энергии активации 01 с увеличением порядкового номера диффундирующего элемента в таблице Д.И. Менделеева. Так, в частности, энергия активации 01 при диффузии в Р-титане составляет: Порядк. № элемента 13 23 24 25 26 27 28 41 42 50 73 Элемент AI V Cr Mn Fe Со Ni Nb Mo Sn Ta СТ кДж/моль 92 222 274 270 254 257 251 291 272 290 310 Энергия активации 0 2 наибольшая для элементов У1А группы таблицы Д.И. Менделеева (Сг, Мо, \Л/). Научные труды MATH им. К.Э. Циолковского, 2002 г. Вып. 5 (77) 8
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Заключение Приведены литературные данные о параметрах диффузии элементов замещения в а и р-титане. Отмечено, что энергия активации элементов замещения в Р-титане возрастает с увеличением порядкового номера элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Литература 1. Цвиккер У. Титан и его сплавы. /Пер. с нем. М., Металлургия, 1979. - 512 с. 2. Смитлз К.Дж. Металлы. Справ, изд. /Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1980. - 447 с. 3. Korneluk L.G., Mirsky L., Bokshtein B.S. Investigation of lattice defects, electronic structure, and diffusion mobility in titanium. //Titanium Science, and Technol. Vol.2.New York-London, 1973. - P. 905-914. Discuss., p.959-966. 4. Покоев A.B., Миронов B.M., Кудрявцева Л.К. Диффузия алюминия в а-титане // Изв.вузов Цвет.металлургия, 1976, №2. - С. 30-132. 5. Шабалин А Н., Гладков В.П., Грузин П.Л., Светлов А.В. Диффузия бериллия в титане. // ФММ, т.48, выл.3,1979. - С. 663-665. 6 Nakajima Н., Koiwa М. Diffusion of iron, cobalt and nickel in d-titanium. / Titanium: Science and Technol. Proc.5th Int.Conf. of Titanium, Munich, 1984. Vol.3. Oberursel, 1985. - P.1757-1766. 7. Influence of oxygen of diffusion of manganese in a-Ti. /У. Nakamura H. Nakajima, S. Ishioka, M. Koiwa. //Acta met., 1988, 36, № 10, - Pp 87-2795. ' : 8. Dyment F, Self and solute diffusion in titanium alloys. /Titanium 80. Science and Technol. Proc4,h Int.Conf. of Titanium, 1980, Kyoto, Japan: The metallurgical Society of AIME, 1980, v.1. - Pp.519-528. 9. About chromium diffusion in a-titanium. / H. Nakajima, K. Ogasawara, S. Yamaguchi, M. Koiwa. //Mater.Trans. JIM, v. 31, №4, 1990. - Pp.249-254. 10. Loo F.J.J.van, Rieck G.D. Diffusion in the titanium-aluminium system. I. Interdiffusion between solid Al and Ti or Ti-AI alloys. // Acta met, 1973, v. 21, №1. - Pp. 61-71. 11. Бокштейн C.3., Кишкин C.T., Освенский В.Б. Влияние полиморфного превращения на диффузию в титане. // МиТОМ. 1960 - №6. - С 22-26 12. Павлинов Л.В. Диффузия в двойных сплавах титана с молибденом, ниобием и ванадием. //ФММ, 1970 Т. 30, выл.4 .-С . 800-806. 13. Mortlock A.J., Tomlin D.H: The atomic diffusion of chromium in the Ti-Cr-system. П Phil.mag.1959, v.4, №11. - Pp.628-643. 14. Самсонов Г.В. Свойства элементов, ч.I, Физические свойства. Справ: - М: Металлургия, 1976. - 600 с. 15. Pontau А.Е., Lazarus D. Diffusion of titanium and niobium in bcc Ti-Nb alloys. // Phys, rev. B19,1979. - P. 4027. 16. Диффузионная проницаемость (3-модификации титана в связи с особенностями электронного строения. / Б.С. Бокштейн, С.З. Бокштейн, С.Т. Кишкин, Л.м: Мирский. / Процессы диффузии, дефекты структуры и свойства металлов. - М.: Металлургия., 1972. - С. 83-92. 17. Herzig С., Willecke R., Vieregge К. The volume and grainboundary selfdiffusion and fast diffusion of cobalt impurities in tntanium.//Phil.Mag.A, 1991. - vol.63, №5, p.949-958. 18. Liu Z., Welsch G. Literature survey on diffusivities of oxygen, aluminium, and vanadium in alpha titanium, beta titanium, and in rutile. // Metall. Trans.A, 1988, vol.19A. - Pp. 1121-1125. 19. Константинов K.M., Федотов С.Г, Ронами Г.Н. Взаимная диффузия в системе титан-цирконий. / Химия металлических сплавов. - М.: Наука, 1973. - С. 213-216. 20. Goold D. Diffusion of aluminium, tin, vanadium, molybdenum, and manganese in titanium. // J.lnst.of Met., 1959-60, v.88. - Pp.444-448. 21. Строение и свойства металлических сплавов. / С. 3. Бокштейн - М.: Металлургия, 1971. - 494 с. Научные труды MATH им. К.Э. Циолковского, 2002 г. Вып. 5 (77) 9