materialovedenie2 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 13

Суммарное количество легирующих элементов, как правило, превышает 20;4. Наиболее часто для легирования используют Мо, Ч, Сг, реже— Ге, е.г, Бп. Алюминий присутствует почти во всех сплавах, но в небольших количествах ( - 3'/). В равновесном состоянии сплавы имеют преимущественно (3-структуру с небольшим количеством п-фазы. После закалки оии имеют структуру метастабильной (3'-фазы. В этом состоянии сплавы обладают хорошей пластичностью (б = 12 + 40;4; ф 30+ б0'г,'), легко обрабатываются давлением, имеют сравнительно невысокую прочность (о. ю 650 —: 1000 МПа).

В зависимости от химического состава временное сопротивление после старения составляет 1300-1800 МПа. У некоторых сплавов временное сопротивление при старении увеличивается более чем в 1,5 раза Плотность этих сплавов находится в интервале (4,9-5,1) т/мз. Сплавы отли- чаются высокой удельной прочностью, обладают низкой склонностью к водородной хрупкости, удовлетворительно обрабатываются резанием. Недостатки сплавов: чувствительность к примесям кислорода и углерода, которые вызывают снижение пластичности и вязкости, пониженная пластичность сварных швов и низкая термическая стабильность. Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15.

Сплав выпускается в вцле листов, полос, Прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350'С. Литейные пюпюнооые сплавы. Сплавы имеют хорошие литейные свойства. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает им высокую жидкотекучесть и хорошую плотиосп отливки. Они обладают малой склонностью к образованию горячих трещин и небольшой линейной усадкой (1/). Обьемная усадка составляет около 3~. К недосзаткам литейных титановьп сплавов относятся большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами.

Поэтому ик плавку и разливку ведут в вакууме иля в среде нейтральных ~азов. Для получения крупных фасонных отливок [до 300 — 500 кг) используют чугунные и стальные формы, мелкие детали отливают в оболочковые формы, изготовленные из специальных смесей. Для фасонного литья применяют сплавы, аналогичные по химическому составу некоторым деформируемым (ВТ5Л, ВТ3 — 1Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующие деформируемыа Упрочняющая термическая обработка резко снижает пластичность литейных титановых сплавов и поэтому не применяется. Мозпериа зы с высокой удельной пропноьзпыо 243 132. Бериллий н сплавы на его осннне Бериллий — металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Низкотемпературная модификация Веы существующая до 1250'С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 0,228б нм; с 0,3584 нм; высоко- температурная Ве (1250 — 1 284 'С) — решетку объемно-центрированного куба.

Физические свойства бериллия приведены в табл. 1.5. Помимо очень высоких удельных прочности и жесткости (см. табл. 12.1) бериллий имеет большую теплоемкость, обладает хорошими теплопроводностью и злектропроводимостью, демпфирующей способностью и другими ценными свойствами. Бериллий относится к числу редких металлов.

Его добывают из минерала берилла, представляющет'о собой двойной силикат бериллия н алюминия (3йеО А1 Оз бЯО,». Содержание в земной коре бериллия небольшое — 00005 ы Малая распространенность в природе, сложная и дорогая технология извлечения нз руд, получения из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия. Металлургия бериллия сложна из-за его химической инертности. Слитки, полученные вакуумной переплавкой, либо обрабатывают давлением для получения полуфабрикатов, либо перерабатывают в порошок, из которого полуфабрикаты и изделия изготовляю~ методом порошковой металлургии.

Обработке давлением подвергают лишь малые слитки (з1 < 200 мм), так как в слитках большого размера из-за высокого поверхностного натюкения образуются две усадочные раковины, соединенные трещиной. Литой бериллий крупнозернистый н хрупкий. Для улучшения пластичности прокатку ведут при нагреве. Однако при температурах выше 700'С бериллий ксхватывается» с инструментом. Позто- му его прокатыаают в стальной оболочке, которую затем стравливают. Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты„ технологии производства, размера зерна и наличия текстуры.

Они изменяются в широких пределах: о,=280+ 700 МПа; под = = 230 + б80 МПа; 6 = 2 —: 40%. Так, литой бериллий со свойственным ему крупным зерном имеет о,=-280 МПа; 8=2 —: 3%. Горячекатаный полуфабрикат, полученньзй из слитка, обладает также низкими свойствами. По относительному удлинению вдоль прокатки он близок к литому состоянию, в поперечном направлении имеет близкую к нулю пластичность. Помимо размера зерна на пластичность бериллия влияют его структурные особенности.

Гексагональная структура характеризуется отношением периодов решетки с/а< 1,63, при котором базисная плоскость не единственно возможная плоскость скольжения. Другими плоскостями скольжения в гексагональной плотноупакованной решетке являются плоскости призмы и пирамидальные плоскости, что обеспечивает таким металлам, как титан и цирконий, хорошую пластичность, Однако критическое напряжение, необходимое для сдвига в плоскости призмы, у бериллия при 20'С так велико (рис. 13.11), что скольжение при деформации идет только по плоскости базиса. е нва 2ВР Е гвр вы жк Пг Рне. 1ЗД1. Критическое напркженне сленга т„р ллп монокрнсталла бернллня: ! — базисная плоекоезь; 2 — плоекоез.ь призмы 244 Материалы, ирилееннемые а маитна- и приборостроении Этим отчасти и объясняется высокая хрупкость бериллия.

На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси. Бериллий имеет небольшой атомный радиус (0,1!3 нм), и поэтому почти все примеси, многие из которых ограниченно растворимы в бериллии (Ге, р)1, Сг и др.), искажают его кристаллическую решетку и снижают пластичность. Исключение составляет нерастворимый в бериллии алюминий, который улучшает пластичность и поэтому используется для легирования сплавов на основе бериллия. Согласно зарубежным данным, бериллий, полученный методом зонной плавки за восемь проходов, имеет чрезвычайно высокую пластичность (6 = 140;~~). Введение в зонно-очищенный бериллий всего 0,001 % бй вызывает его хрупкость.

Бериллий, полученный методами порошковой металлургии, имеет мелкозернистую структуру и более высокие механические свойства, в том числе и пластичность. Чем мельче зерно, тем выше временное сопротивление, предел текучести и пластичность при 20'С, а также кратковременная прочность при повышенных температурах (рис.

1332). Рве. 13.12. Зависимость механических свойств горвчепрессовввного бервлавв от размера зерна в температуры испытания Увеличение прочностных свойств объясняется измельчением зерна и наличием неизбежно присутствующих в порошковом материале дисперсных включений оксида бериллия ВеО, повышакн щих сопротивление пластической деформации. Рост пластичности от измельчения зерна настолько значителен, что перекрывает ее снижение из-за повышения содержания оксида при измельчении исходного порошка.

Для того чтобы увеличить пластичность порошковых полуфабрикатов, размол порошков бериллия ведут в безокислигельиой среде. Чистый спеченный бериллий с чрезвычайно мелкозернистой структурой (4 = 1 еи 3 мкм) обладает склонностью к сверхпластичности. При температуре б00-700'С и малых скоростях деформаций пластичность 6 = 300%. Более высокая пластичность спеченньп из порошков блоков позволяет подвергать их не только горячей обработке давлением. но и тепловой обработке при температуре 400-500'С.

Эта температура ниже температуры рекристаллизацнн бериллия (г, = 700'С), поэтому позво. ляет сохранить наклон и получить высокую прочность о, = 650 —: 700 МПа Пластичность полуфабрикатов из спеченного бериллия в большей степени зависит и от технологии горячей обработки давлением. В настоящее время разработана технология получения текстурованных прутков методом горячего выдавливания спеченного бериллия.