Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В структуре псевдо-α-сплавов, кроме α-фазы, присутствует небольшое количество β (до 5 %). Псевдо-β-сплавы после нормализации представлены структурой β-фазы метастабильного состава.К числу α-сплавов относятся технический титан, а также сплавы, легированные алюминием и нейтральными упрочнителями;α-сплавы подвергают деформации и рекристаллизационному отжигу. Сильно деформированный Ti начинает рекристаллизоватьсяпри температуре около 400 °С; эту температуру можно считатьпорогом рекристаллизации титана.
При степени деформации около40 % температура рекристаллизации титана составляет около550 °С. Легирующие элементы и примеси, как правило, повышаюттемпературу рекристаллизации. Однако необходимо следить, чтобы при рекристаллизационном отжиге сплав не попадал в однофазную β-область, так как β-фаза очень склонна к росту зерна.Кроме того, при высоких температурах отжига на поверхностисплава образуется существенный альфированный слой.
Во избежание наводораживания отжиг проводят в окислительной атмосфере, либо в вакууме или инертном газе.Весьма ценное свойство α-сплавов — их хорошая свариваемость. Так как они однофазны, в шве и околошовной зоне не возникает охрупчивание. Кроме того, α-титановые сплавы обладают более высокой жаропрочностью, чем двухфазные α+β-сплавы иβ-сплавы. С увеличением содержания алюминия повышаются рабочие температуры α-титановых сплавов, но при концентрации Alоколо 7 % в структуре сплава формируется сверхструктура Ti3Al,так называемая α2-фаза, представляющая собой упорядоченныйтвердый раствор с гексагональной кристаллической решеткой. Еепоявление в титановых сплавах приводит к резкому падению показателей пластичности.Введение в сплавы Ti — Al небольшого количества β-стабилизатора препятствует образованию в них сверхструктуры Ti3Al.
Так,например, в двойных сплавах Ti — Al α2-фаза наблюдается ужепри 6 % Al, а введение 3…4 % V приводит к тому, что сверхструк-116тура регистрируется только при 9 % Al. Подобное воздействие нафазовый состав сплавов Ti — Al оказывают Mo и Nb. Хотя концентрация β-стабилизаторов в этих сплавах близка к максимальной их растворимости в α-твердом растворе, в структуре сплавапоявляется небольшое количество β-фазы, и эти сплавы уже относятся к псевдо-α-сплавам. Однако при средних увеличениях β-фазаметаллографически не обнаруживается из-за ее малого количества.Псевдо-α-сплавы содержат до 2,5 % β-стабилизаторов, а такжеалюминий и нейтральные упрочнители.Благодаря присутствию в сплавах небольшого количестваβ-фазы с ОЦК-решеткой возрастает их технологическая пластичность как при комнатной, так и при повышенных температурах.Однако при одинаковой пластичности псевдо-α-сплавы на 10…20% прочнее α-сплавов, что объясняется гетерогенностью их структуры и более мелким зерном.
Псевдо-α-сплавы, так же как и αсплавы, отличаются высокой жаропрочностью.Псевдо-α-сплавы, как и α-сплавы, применяют в отожженномсостоянии. Поскольку легирующие элементы повышают температуру начала рекристаллизации, то для этих сплавов рекомендуютболее высокие температуры отжига.В α+β-сплавы для фиксации β-фазы при комнатной температуре непременно вводят переходные металлы, так как только они вдостаточной степени повышают стабильность β-фазы. Элементы,стабилизирующие β-фазу, хорошо растворяются в ней и упрочняют ее.Как уже говорилось, β-стабилизаторы делятся на изоморфныеи эвтектоидообразующие. β-фаза, стабилизированная эвтектоидообразующими элементами, более прочна, но менее пластична посравнению с β-фазой, стабилизированной изоморфными элементами.
β-стабилизаторы слабо растворяются в α-фазе и практическине упрочняют ее. Как уже говорилось, единственным α-стабилизатором, который вводят в титановые α+β-сплавы, является алюминий, и он не только существенно упрочняет α-фазу и при комнатной, и при повышенной температуре, но и увеличивает термическую стабильность β-фазы.Отжиг α+β-сплавов сочетает в себе как элементы отжига первого рода, так и элементы отжига второго рода. При отжиге двухфазных α+β-сплавов температура должна быть достаточно высо117кой, чтобы снять деформационный наклеп, но в то же время достаточно низкой, чтобы обеспечить такую концентрацию легирующих элементов в β-фазе, чтобы эта фаза сохраняла свою стабильность.
Из рис. 7.2 видно, что чем ниже температура отжигав α+β-области, тем больше концентрация β-стабилизаторов вβ-фазе, и тем выше ее термическая стабильность, однако количество β-фазы будет при этом уменьшаться. Максимальными прочностными свойствами в отожженном состоянии α+β-сплавы обладают при одинаковой концентрации α- и β-кристаллов.В титановых α+β-сплавах используются различные виды отжига: простой, изотермический и двойной. Простой отжиг заключается в нагреве до температуры около 800 °С, достаточнойдля снятия деформационного наклепа, выдержке и последующемохлаждении на воздухе.
При изотермическом отжиге сплав сначала нагревается до температур 800…950 °С, при которых происходит снятие деформационного наклепа. Далее сплав охлаждается с печью до температуры 500…650 °С: выдержка при этихтемпературах обеспечивает высокую стабильность β-фазы, нопри этом является недостаточной для интенсивного развитияпроцессов возврата и рекристаллизации. Изотермический отжигпозволяет достичь сочетания высокой прочности, жаропрочностии хорошей пластичности.
Двойной отжиг отличается от изотермического тем, что после выдержки на высокотемпературнойступени сплав охлаждают на воздухе до комнатной температуры,а затем нагревается до температуры второй ступени. После охлаждения сплава с высокотемпературной ступени на воздухе в немфиксируется β-фаза метастабильного состава, которая при последующем нагреве до температуры второй ступени распадается,вызывая упрочнение. В итоге двойной отжиг придает сплаву повышенную прочность при понижении пластичности. По существу, двойной отжиг является неполной закалкой с последующимстарением.Для снятия остаточных напряжений, возникающих в титановых сплавах при механической обработке, сварке и других технологических операциях, применяют так называемый неполный отжиг при относительно низких температурах (450…650 °С).
Этитемпературы, как уже говорилось, недостаточны для развития118процессов рекристаллизации, но напряжения при них снимаются,как считается, в результате дислокационного скольжения.В отличие от α- и псевдо-α-сплавов α+β-сплавы значительноупрочняются в результате закалки и старения. Эффект термического упрочнения титановых α+β-сплавов усиливается с увеличением концентрации β-стабилизаторов, так как при этом после закалки увеличивается количество фаз метастабильного состава,способных к распаду при последующем старении.Оптимальная температура закалки зависит от того, какие метастабильные фазы формируются в процессе закалки, что, в своюочередь, зависит от типа легирующего элемента: является ли онэвтектоидообразующим, либо изоморфным. При легировании эвтектоидообразующими β-стабилизаторами после закалки в структуре может появиться α-мартенсит, который при распаде не приводит к существенному повышению прочности.
Поэтому в сплавахс эвтектоидообразующими β-стабилизаторами закалку проводят изфазовой α+β-области, стараясь получить максимальное количествоβ-фазы метастабильного состава. Для этого температуру закалкиберут близкую к Тпп, т. е. к температуре начала формирования мартенситной фазы. Если сплав легирован изоморфным β-стабилизатором, то при закалке можно зафиксировать α-мартенсит,который при распаде приводит к существенному упрочнениюсплава.
В этом случае температуру закалки выбирают существенноболее высокой (много выше Тпп), но она не должна превышатьтемпературу Ас3, чтобы не спровоцировать стремительный ростβ-зерна.К сожалению, применение α+β-сплавов после термической обработки на высокую прочность имеет ряд ограничений:• прокаливаемость большинства α+β-сплавов невелика — неболее 25 мм, таким образом, упрочняющая термическая обработкаподходит только для малогабаритных деталей;• α+β-сплавы, обработанные на высокую прочность, имеют пониженную вязкость разрушения;• упрочняющая термообработка дает хороший результат тольков том случае, когда исходная структура однородна и представленаравноосными зернами α- и β-фазы, крупнозернистая и грубая пластинчатая исходная структура ведет к резкому падению пластичности.119Для псевдо-β-сплавов температура закалки чуть выше Ас3.После закалки сплавы подвергают старению, в результате которого происходит распад метастабильных фаз.
Чтобы избежатьхрупкости, связанной с формированием -фазы, титановые сплавыстарят по режимам, не приводящим к появлению этой фазы — чаще всего при температурах 500…600 °С. Если распад β-фазы идетбез образования -фазы, или количество ее невелико, то сплавыможно подвергать старению при более низких температурах(450…500 °С): при низкотемпературном старении выделения αфазы более дисперсные и поэтому обеспечивают большее упрочнение.
Кроме того, было показано, что -фаза может обеспечиватьдостаточно высокое сочетание прочности и пластичности, еслиона выделяется в благоприятной форме и не в слишком большихколичествах.В титановых сплавах применяют термомеханическую обработку. Она не приводит к существенному повышению прочности, норезко повышает однородность структуры.Псевдо-β-сплавы относятся к высоколегированным титановымсплавам, в которых суммарная концентрация легирующих элементов может составлять 20 % и более. Хотя при закалке из β-областив этих сплавах фиксируется только β-фаза, она термически нестабильна и распадается при старении с выделением дисперснойα-фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
