Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 53
Текст из файла (страница 53)
5.43. По сравнению с титаном титановые сплавы имеюг более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности. Сплавы с н- и псевдо-а-структурой. Физические свойства этих сплавов приведены в табл. 5.49, механические — в табл. 5.50. К этой группе относят и технический титан. Это сплавы нормальной прочности при 20-25 С, обладающие высоким сопротивлением разрушению при повышенных (350 — 500 С) и криогенных температурах (табл. 5.51, 5.52).
Сплавы имеют высокую термическую стабильность свойств и обладают отличной сварнваемосгью. Их сваривают аргонодутовой, всеми видами контактной и электроннолучевой сварки. При этом прочность сварного шва составляет 90 % от прочности основного сплава Обрабатываемость резанием а-сплавов удовлетворительная. Табтца 5.50. Механические свейства титановых а- н псевдо-а-силапов в етеяакеиием состоянии ) 15) П р н м с ч а н н с.
В числителе прнвсдснм значения свойств для поковок, штампоаок, прутков, а знаменателе — для листов (1-2 мм). Таблицп"5.51. Пределы длитслыяей нречнести, выиесливести и иелзучсстн титаиевык сплавов )15, 3$) о, прп М !О оо,инв а аааа по,зпоо Марка сплава Марка сплава МПа ВТ20 380 ВТ5 230 !20 240 !80 350 400 290 230 118 ВТ5-1 350 ВТ6 440 300 ОТ4 ВТЗ-1 635(785) 500(588) -(250) 7 340 260 490 470 330 200 (390) 325 245 50 330 460 ВТ16 ОТ4-1 294 300 350 400 450 500 300 350 400 450 500 350 400 450 500 300 350 400 470 440 260 370 255 440 340 290 380 180 19 78 230 260 190 350 450 500 550 300 350 400 450 500 300 400 450 500 300 350 400 750 630 490 200 620 610 590 420 250 800(! 020) 600(930) 550(600) 3 1000 600 470 550 20 150 490 540 360 !40 53 430 420 390 Окончание табл.
5. 5! 42 В скобках приведены свойства после закалки и старения. Свойства приведены после закалки и старения. Таблица 5.52. Мехаиичеекие свойства титаиевых сплавов ири иизких температурах [15, 20, 35) пол КСУ, МДж!м Марка сплава ВТ5-1 1 180 !370 685 980 -70 -196 880 1225 ВТ5 -70 -196 775 1050 ОТ4-0 804 1123 755 1030 ОТ4-! 0,5 0,4 19 !7,5 755 1033 853 !!28 ОТ4 13 16 103 1470 ВТ3 — 1 0,3-0,4 ВТ6 1470 1910 !7,8 3,5 0,4 0,4 15! О ! 360 1079 -70 -196 ВТ14 !О 0,2-0,25 1650 1310 1080 1270 1080 -70 -269 1220 1570 -70 -196 -253 -269 -70 -196 -253 -70 -196 -253 -70 -196 -253 -269 -70 -196 -253 -70 -196 -253 -70 -196 -253 -269 950 1350 1350-1600 1700 1180 1610 2050 206 1270 1410 1470 14!О 18!0 1225 ! 570 !5 !О 9 6,5 7,5 3 0,6 0,4 0,3 Сплавы с а- и псевдо-а-структурой не упрочняют термической обработкой и применяют в отожженном состоянии.
Режимы отжига представлены в табл. 5.53. Таблица 5.53. Температуры иелнеге (числитель) н непелнеге (знаменатель) етиснгв титана н дефермнруемых титановых а- н псевдо-а-сплавов»13, 15», С Прупн, поковки, штампоаки, трубы, профили и изделия из иия ВТ1-ОО ВТ1-0 ВТ5 ВТ5-1 ОТ4-О ОТ4-1 ОТ4 ВТ20 ПТ7М 670-690/445-435 670-690/445-485 800-850/550-600 300-8501550-600 690-710/480 — 520 740-760/520-560 740-760/545-535 700-350/600-650 700-750/- 520-540/- 520-540/- Допускается отжиг листовых деталей при 650-750 С. Сплавы с цирконием наиболее технологичны, но это самые дорогие из а-сплавов.
В горячем состоянии сплавы куют, прокатывают и штампуют. Из сплава ПТ7М изготовляют горяче- и холоднокатаные трубы. Сплавы поставляют в виде прутков сортового проката, .поковок, труб, проволоки. Они предназначены для изготовления деталей, работающих в широком диапазоне температур: от криогенных до 500 С (табл. 5.54). Таблица 5.54. Кратновременная нречнееть етеяпиенных дсфермнруемых сплавов н предельные температуры нх зксплуатаинн»15, 20, 44, 46» Предельная темпера7ра при эксплуатации, С Краткоаремеииая прочиость, МПа, при С С 300 ВТ5 ВТ5-1 ВТ20 ОТ4 480 500 650 430 460 350 470 370 330 ВТЗ-1 870 (1079) 1030 1050 700 750 400 150-130 1280 750 В скобках приведены свойства после закалки и старения.
При 350 С. При 650 С. При 550 С. ВТ9 ВТ14 ВТ14 ВТ22 ВТ6 400 500 500 350 350 400 (450) 550 400 400 400 450 750 800-850 800 500 400 680 680 780 530 360 580 590 730 510 320 800 (1030) 990 1000 940-1070 1200 680 520 530 490 300 780 (930) 850 900 900-1050 1150 630 650 (830) 750 840 1000 535 700-750/— 590-610/- 640-660/- 660-680/— 700-800 1- 650-700/- 430 (520) 700 380-430 600 Псевдо-а-сплавы содержат преимущественно а-фазу и вследствие дополнительноголегнровання Р-стабилизаторами(Мп У Щ> Мо) также 1-5% р-фазы Влагодаря наличию р-фазы они обладают хорошей технологической пластичностью при сохранении достоинств а-сплавов. Сплавы с низким содержанием алюминия (2 — 3 %) об- рабатывают давлением в холодном состоянии и только при изготовлении деталей сложной формы подогревают до 500 — 700 С (ОТ4, ОТ4-1).
Сплавы с большим содержанием алюминия при обработке давлением требуют подогрева до 600 — 800 С. На жаропрочность сплавов помимо алюминия благоприятно влияют цирконий и кремний. Цирконий способствует увеличению растворимости р-стабилизаторов в а- фазе и повышает температуру рекристаллизации. Кремний повышает жаропрочность вследствие образования тонкодисперсиых силицидов, трудно растворимых в а-фазе, Поэтому псевдо-а-сплавы с повышенным содержанием алюминия (7 — 8 %), легированные цирконием, ванадием, молибденом, ниобием и кремнием, используются в изделиях, работающих при наиболее высоких температурах. Недостатком этих сплавов является склонность к водородной хрупкости. Водород мало растворим в а-фазе и присутствует в структуре в виде гидридной фазы, снижающей пластичность (особенно при медленном нагружении) и вязкость сплавов (см.
табл. 5.43). Допустимое содержание водорода находится в пределах 0,01-0,005 % (см. табл. 5.44). А.А. Ильиным [8] предложена термоводородная обработка (ТВО) титановых сплавов, представляющая собой сочетание обратимого легирования водородом с термическим воздействием на наводороженный сплав. В основе ТВО лежит особенность.. взаимодействия водорода с фазами, составляющими структуру титановых сплавов прн термической обработке, его влияние на механизм и кинетику фазовых превра- щеннй и в соответствии с этим возможность получения различных структур и разнообразных свойств, обеспечивающих длительную и надежную работу сплава.
Водород легко поглощается титановыми сплавами при относительно низких температурах (на 50 С ниже (а + р) ~ р превращения). В зависимости от содержания других р-стабилизаторов концентрация водорода после насыщения колеблется от со- тых до 0,9%. Для удаления водорода до безопасных концентраций (0,00б — 0,009 %) после соответствующих превращений и получения желаемой структуры и свойств сплавы подвергают вакуумному отжигу. Таким образом, водород является как бы «временным» легнрующим элементом.
Температура и продолжительность вакуумного отжига для разных сплавов различны. Вместе с тем с увеличением температуры продол- жнтельность вакуумного отжига (ВО) уменьшается, Нацрнмер, обезводораживание сплава ВТ5Л при 800 С происходит за 3,5 ч, при 750 С вЂ” за 4 ч, при 700 С вЂ” за 4,5 ч иприб50 С вЂ” за 5 ч. 297 Влияние концепрации водорода на механические свойства сплава ВТбЛ приведены в табл.
5.55. Механические свойства лопаток газотурбинного двигателя из сплава ВТ13У после различных режимов ТВО представлены в табл. 5.56, а зависимость механических свойств листов нз сплава ВТ13У от режима ТВО, концентрации водорода и температуры испытании — в табл. 5.57. Таблица 5.55. Влияние концентрации ведереда х иа механические свейства ебразцев из сплава ВТбЛ после ТВО 131 Примечание. Усталостиые испьггания проведены на гладких цилиндрических образцах по схеме чистого изгиба с вращением,г" 100 Гц, Я = -1; У вЂ” средняя логарифмическая долговечность. Таблица 5.5б. Механические саейства лопаток газотурбинных двигателей пз сплава ВТ13У несла ТВО пе различным режимам 13~ П р и м е ч а и и е.
Устапостиыс испытания проводили по схеме консольного изгиба. Табака 5.57. Механические свойства листов нз сплава ВТ13У ири кемнатней н певы~иениых температурах (кратковременные испытания в вакууме) 131 Легирование водородом адекватно повышению концентрации р-стабилизаторов. Наибольший эффект повышения конструкционной прочности наблюдается после ТВО а- и псевдо-а-сплавов. Известно, что а-сплавы вообще не подвергают стандартной упрочняющей термической обработке. Для псевдо-а-сплавов стандартная упрочняющая термическая обработка в принципе возможна, но из-за малого количества в них р-фазы (< 5 %) она малоэффективна, а вследствие высоких критических скоростей охлаждения не технологичиа. Легирование водородом переводит эти сплавы в двухфазную область мартенситного и даже переходного классов, Крупнозернистая структура а-фазы сплавов ВТ5 и ВТ5 — ! преобразуется в мелкозернистую, причем макрозерно не меняется, но внутри него образуется множество мелких зерен а-фазы с высокоугловыми Границами.
После ннзкотемпературного вакуумного отжнга при 550 †6 С можно получить структуру, состоящую нз двух фаз с различной концентрацией алюминия (6,85 и 3,63 %) при среднем его содержании в сплаве 5 %. Такая структура стабильна до 600 С. Леги- рованные водородом а-сплавы имеют после закалки структуру а+р. ТВО можно использовать в качестве высокоэффективной технологической операции для изменения структуры титана (юмельчения зерна, уменьшения пористости), улучшения свойств фасонных отливок (табл. 5.58) и сварных соединений (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
