Силаева_Помельникова_Констр_материалы (В.И. Силаева, А.С. Помельникова, М.В. Унчикова - Конструкционные материалы общего и специального назначения), страница 4

2.8, б). Эвтектоидообразующие β-стабилизаторы (Cr, Mn, Fe,Ni, Cu) образуют с титаном интерметаллические соединения типаγ-, и при охлаждении β-фаза претерпевает эвтектоидное превращение β  α + γ (рис. 2.8, в). Химический состав подбирают такимобразом, чтобы хрупкий эвтектоид не образовывался.Нейтральные элементы, такие как олово, цирконий, гафний,практически не влияют на температуру полиморфного превращения (рис. 2.8, г).В зависимости от природы легирующих элементов и их содержания титановые сплавы по структуре в отожженном состоянииделят на три основные группы*: α-,(α + β)- и β-сплавы (рис. 2.9, а).Маркируют титановые сплавыбуквами ВТ, ОТ, АТ, за которымиследуетчисло,обозначающееусловный номер сплава.Полиморфноепревращениеβ  α в сплавах титана можетпроисходить двумя путями.

Примедленном охлаждении и высокойдиффузионной подвижности атоРис. 2.9. Структура титановыхмов оно происходит по диффузисплавов в отожженном (а) ионному механизму, а при быстромзакаленном (б) состоянияхохлаждении — по бездиффузионному мартенситному механизму с образованием мартенситнойструктуры α.

При старении из структуры α выделяется β-фаза илиинтерметаллид.Отжиг является самым распространенным видом термическойобработки титановых сплавов. Его применяют в целях уменьшенияостаточных напряжений, снятия наклепа, обусловленного пластической деформацией, получения более равновесной структуры и стабильных свойств сплавов по сравнению с исходными. Вакуумныйотжиг применяют для удаления водорода из титановых сплавов.—————*Сплавы с α-структурой, содержащие небольшое количество β-фазы(1…5 %), называют псевдо-α-сплавами.

Сплавы с β-структурой, содержащие небольшое количество α-фазы, называют псевдо-β-сплавами.24Структура титановых сплавов формируется в основном в процессе деформации и последующей термической обработки. В зависимости от режимов деформации и отжига титановые сплавымогут иметь различные типы микроструктуры (рис. 2.10):а) с глобулярной (равноосной) формой частиц α-фазы;б) с пластинчатой α-фазой;в) с глобулярной и пластинчатой α-фазой (смешанная структура).Рис. 2.10.

Схемы микроструктур титановых сплавов в отожженном состоянии:а — глобулярная; б — пластинчатая; в — смешаннаяАнализ микроструктуры сплава позволяет качественно предсказать изменение отдельных свойств в том или ином направлениив зависимости от типа зеренной структуры. Например, сплавы сравноосной структурой обладают повышенной пластичностью.Сплавы с пластинами α-фазы, собранными в колонии, обладаютхорошей ударной вязкостью и характеристиками трещиностойкости, повышенным сопротивлением ползучести. Грубопластинчатаявидманштеттова структура приводит к снижению всего комплексамеханических свойств титановых сплавов.В отличие от углеродистых сталей, в которых мартенсит является раствором внедрения и закалка на мартенсит сопровождаетсясильным упрочнением и охрупчиванием, титановый мартенситявляется твердым раствором замещения и закалка на α приводит кнебольшому упрочнению и не сопровождается резким снижениемпластичности.

Особенностями титановых сплавов также являютсянизкая прокаливаемость, сильное окисление и коробление припроведении закалки. Большие закалочные напряжения объясняются низкими значениями модуля упругости и коэффициентатеплопроводности. В связи с этим бóльшую часть титановых25сплавов упрочняют только легированием и используют вотожженном состоянии. Закалку ограниченно применяют лишьдля (α+β)- и β-сплавов.Структура после закалки зависит от химического составасплавов и температуры нагрева. Двухфазные титановые сплавыподвергают закалке в воде с высоких температур (tп.п = 30…70 °С). По мере увеличения концентрации β-стабилизаторов температура начала (Мн) и конца (Мк) мартенситного превращенияснижается (см. рис.

2.9). При концентрациях легирующих эле и Cкр значения Мн и Мк достигают значений комнатментов Cкрной температуры. В сплавах, где концентрация элементов нахо и Cкр , мартенситное превращение недится между точками Cкрдоходит до конца и остается некоторое количество метастабильной β-фазы. В сплавах, состав которых характеризуется интервалом между критической концентрацией легирующих элементов и точкой b, мартенсит не образуется и при закалке фиксируCкрется только β-фаза.При старении закаленных титановых сплавов происходит распад неравновесных фаз (мартенсита и метастабильной β-фазы), врезультате образуется (α+β)-структура. Распад мартенсита протекает по разным схемам: может начаться с выделения β-фазы, в результате чего мартенсит обедняется β-стабилизаторами и переходит в α-фазу.

По другой схеме распад начинается с выделенияα-фазы, при этом мартенсит обогащается β-стабилизаторами, переходит в β-фазу неравновесного состава, а затем в β-фазу равновесного состава, соответствующую температуре старения. Распадβ-фазы при старении зависит от температуры старения. Обычнотемпературу старения промышленных титановых сплавов выбирают в диапазоне 500…600 °С, чтобы избежать образования хрупкой ω-фазы. Упрочнение при старении определяется количествоми дисперсностью продуктов распада. Наибольшее упрочнение пристарении вызывает распад мартенсита α и нестабильной β-фазы, . Максиконцентрация β-стабилизаторов в которой близка к Cкрмальный эффект упрочнения сопровождается резким снижениемхарактеристик пластичности и ударной вязкости. В связи с этимзакаленные промышленные титановые сплавы обрабатывают врежиме «перестаривания», при котором происходит коагуляция26выделившихся частиц α-фазы, что приводит к повышению пластичности сплавов.Из-за сильной склонности к росту β-зерен термическую обработку титановых сплавов, как правило, проводят с нагревом нижетемпературы полного полиморфного превращения.

В этом случаепри нагреве под закалку всегда сосуществуют α- и β-фазы, составыи количество которых определяют по правилам соответственноконцентраций и отрезков. При закалке из (α+β)-области α-фаза непретерпевает превращений, а поведение β-фазы зависит от концентрации в ней β-стабилизаторов.Возможность применения упрочняющей термической обработки обусловлена принадлежностью титанового сплава к конкретному структурному классу и может быть определена с помощью коэффициента стабилизации β-фазы Kβ.Коэффициент стабилизации β-фазы находят следующим образом:  C2 /C2кр  ...

 Ci /Ciкр ,K  C1 /C1кргде С1, С2, …, Сі — содержание в сплаве различных β-стабилиза , C2кр , ..., Ciкр — критические концентрации β-стабилиторов; C1крзаторов, при превышении которых в соответствующих двойныхсистемах мартенситное превращение подавляется и фиксируетсятолько β-фаза.При расчете Kβ можно пользоваться следующими данными:Легирующий элемент ...... V Nb Ta Cr Mo W Mn Fe Co NiСкр, % (мас.) ...................... 15,0 36,0 45,0 6,5 11,0 22,0 6,5 5,5 9,5 8,5С учетом коэффициента стабилизации β-фазы современнаяклассификация титановых сплавов по структуре, имеющая практическое применение, выглядит следующим образом:1) α-сплавы, Kβ = 0;2) псевдо-α-сплавы, Kβ до 0,25;3) (α+β)-сплавы, Kβ = 0,3…0,9;4) псевдо-β-сплавы, Kβ = 1,6…2,4.Коэффициент Kβ отражает способность титановых сплавовгрупп 1–4 испытывать мартенситное превращение при закалке.Сплавы с α-структурой (ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1) характеризуютсяневысокой прочностью при комнатной температуре и не упрочня27ются термической обработкой (единственный вид конечной термообработки — отжиг для снятия наклепа и уменьшения остаточныхнапряжений).

Эти сплавы хорошо свариваются, имеют высокие механические свойства при криогенной температуре, относятся к жаропрочным материалам, однако обладают низкой технологическойпластичностью.Двухфазные (α + β)-сплавы характеризуются наилучшим сочетанием механических и технологических свойств. Они отличаются большим разнообразием свойств благодаря возможности наоснове легирования изменять соотношение α- и β-фаз. Наличиебольшого количества β-фазы после отжига (25…50 %) обеспечивает сплавам высокую прочность как в отожженном, так и в закаленном состояниях.Типичными примерами (α + β)-сплавов являются среднепрочный сплав ВТ6, жаропрочный сплав ВТ9 и высокопрочный ВТ22.Наиболее распространен сплав ВТ6 (Тi–6Al–4V).

Он используется в отожженном состоянии или после закалки и старения и вравновесном состоянии содержит не более 25 % β-фазы.Сплав ВТ22 содержит 50 % β-фазы, поэтому значительнопрочнее сплава ВТ6. Его прочность в отожженном состоянии соответствует прочности сплава ВТ6 после закалки и старения. Этопозволяет использовать сплав ВТ22 для изготовления высокопрочных деталей большого сечения, которые невозможно прокалить насквозь.Сплавы с небольшим (до 5 %) количеством α-фазы (ВТ15,ВТ32) могут упрочняться закалкой с последующим старением. Зафиксированный путем закалки в воде или на воздухе β-твердыйраствор, обладающий высокой технологической пластичностью,при старении распадается с выделением дисперсных частиц α-фазы, что вызывает увеличение прочности до 1 400…1 500 МПа.Однофазные β-сплавы (сплав 4201) характеризуются высокойкоррозионной стойкостью, могут заменять платину и золото, однако находят ограниченное применение вследствие необходимостиих легирования большим количеством дорогих и тяжелых металлов, таких как молибден, ниобий.282.2.

Описание лабораторного оборудованияДля исследования микроструктуры цветных сплавов используют компактный инвертируемый микроскоп GX-41, техническиехарактеристики которого приведены в разд. 1.2.2.3. Задачи и порядок проведения исследованийВ ходе экспериментальной части работы должны быть решеныследующие основные задачи.1. Определить по химическому составу марки деформируемых и литейных сплавов на основе меди — латуней и бронз.Следует определить марки сплавов на медной основе, исходя изхимического состава и принципа маркировки деформируемых и литейных сплавов.