Файл: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов.pdf

не только Температурой, по и скоростью их образования, которую можно оцепить по уравнению (24).

В процессе отпуска при температуре 300° С и ниже, несмотря на большую энергию связи с дислокациями, атомы азота не конденси­ руются на дислокациях, так как они мало подвижны при этой тем­ пературе. На дислокациях образуются атмосферы из более подвиж­ ных кислородных атомов. С повышением температуры атомы кисло­ рода принимают все меньшее участие в образовании атмосфер Кот­ трелла из-за малой энергии связи и все большую роль приобретают атомы азота. По-видимому, при температурах 400—600° С примесные атмосферы состоят только из атомов азота (и, возможно, атомов углерода)’ К сожалению, нет достоверных данных о коэффициенте диффузии углерода в титане, и поэтому трудно судить о его роли

вуказанных эффектах.

Вприведенных выше рассуждениях авторы полагали атомы при­ месей не взаимодействующими между собой, что не вполне справед­ ливо, и поэтому действительная картина, конечно, должна быть сложнее.

Г л а в а 5

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

СВОЙСТВА «-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

В настоящее время в нашей стране применяется в про­

Большое распространение получили а-сплавы. Сплавы с сс-структурой имеют более высокие прочно­

стные свойства по сравнению с технически чистым тита­ ном. Основной легирующий элемент в этих сплавах — алюминий. С повышением содержания алюминия повы­ шается прочность сплавов, но снижаются пластические свойства и технологическая пластичность. Сплавы этого класса не упрочняются термической обработкой и поэто­ му термически стабильны до температур 400—500° С. Весьма ценным свойством а-сплавов титана является их хорошая свариваемость; эти сплавы даже при значитель­ ном содержании алюминия однофазны и поэтому не воз­ никает охрупчивания в металле шва и в околошовной зоне.

С увеличением содержания алюминия повышаются

116

рабочие температуры а-титановых сплавов. Однако при этом возникает опасность их охрупчивания в результате выделения фазы а 2. При длительных выдержках ниже 550° С выделения фазы а 2 появляются уже при содержа­ нии 5% А1. Введение в сплавы Ti—А1 небольших коли­ честв изоморфных (3-стабилизаторов, таких как ванадий и молибден, препятствует образованию в них сверхструк­ туры а 2. Вместе с тем в структуре появляется небольшое количество (3-фазы, в результате чего повышается техно­ логичность сплавов.

По современной классификации эти сплавы относят к промежуточному классу — псевдо-а-сплавам. Принци­ пы легирования подобных сплавов были сформулирова­ ны Л. Г1. Лужниковым и В. М. Новиковой еще в 1959 г. [105], которые установили, что для повышения прочно­ сти и жаропрочности при сохранении достаточной техно­ логичности и свариваемости в сплавы титана с алюмини­ ем следует вводить (3-стабилизаторы в количествах, близ­ ких к их максимальной растворимости в сх-тптане. Многие промышленные сплавы у нас и за рубежом отвечают этому принципу (сплавы серии ОТ, АТ, американские супер а-сплавы).

Механические свойства применяемых в настоящее время промышленных а-титановых сплавов приведены в табл. 12 [13]. Сплав ВТ5, содержащий 5% А1, относит­ ся к одним из первых отечественных сплавов [140, с. 90 и 94]. Сплав деформируется в горячем состоянии: куется, прокатывается, прессуется и штампуется; он поставляет­ ся в виде прутков, профилей, труб, поковок и штамповок. Сплав имеет достаточно высокие механические свойства, но низкую технологичность. Антифрикционные свойства сплава очень низки и поэтому он непригоден для изготов­ ления трущихся деталей. Из сплава ВТ5 изготавливают детали, работающие до 400° С.

Достаточно широкое промышленное применение нашел сплав ВТ5-1 [10], относящийся к системе Ti—А1—Sn, и родственные ему зарубежные сплавы А-110АТ; R-110C; MST—5А1—2,5 Sn; Ti—5А1—2,5 Sn. Этот сплав обладает удовлетворительной пластичностью при обработке давле­ нием; он более технологичен, чем сплав ВТ5, и из него изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых об­ работкой давлением, в том числе листы, полосы, плиты, поковки, штамповки, прессованные профили, трубы и про­ волоку. С увеличением толщины листов пластичность

117

Т а б л и ц а 12

Типичные механические свойства промышленных а-титановых сплавов в отожженном состоянии

Свойства, гарантированные по ТУ.

сплава несколько снижается. Гарантируемое удлинение листов толщиной 0,8—1,2 и 2,0—6,0 мм составляет 15 и 10% соответственно. Для прутков, поковок и штамповок характерна большая прочность, чем для листов.

Для листов характерен предел прочности 75—

95кгс/мм2, а для поковок и штамповок 80—100 кгс/мм2. На пластические свойства сплава существенное влия­

ние оказывает структура. Сплав с равноосной полиэдри­ ческой структурой, полученной в результате полного рекристаллизационного отжига, отличается большим суже­

мически стабилен. Для сплава ВТ5-1, как и для других титановых сплавов, до температур порядка 350°С дли­ тельная прочность близка к кратковременной прочности, разница между ними при этих температурах составляет 2—3 кгс/мм2. При повышении температуры различие между длительной и кратковременной прочностью возра­ стает и при 500—550° С длительная прочность за 100 ч составляет 50—60% кратковременной. За рубежом сплав 'П—5А1—2,5 Sn относится к весьма распространенным сплавам. В 1969 г. на его долю приходилось 20% всего производства титановых сплавов [84].

Сплавы системы Ti—А1—Mn (ОТ4-0; ОТ4-1; ОТ4) об­ разуют своеобразную цепочку составов [12]. Родоначаль­ ником этой группы явился сплав ВТ4. При содержании марганца в этих сплавах, близком к оптимальному, меня­ ется концентрация алюминия, что позволяет получить большой диапазон свойств [13, 141, 142]. Вместе с тем та­ кая цепочка облегчает шихтовку сплавов и использование отходов. Структура этих сплавов при комнатной темпе­ ратуре представлена a -фазой и небольшим количеством (1—5%) p-фазы, так что по структуре они относятся к псевдо- а-сплавам. Эти сплавы обладают высокой техно­ логической пластичностью при комйатной и высоких тем­ пературах. Сплавы ОТ4-0; ОТ4-1 и ОТ4 относятся к чис­ лу наиболее технологичных титановых сплавов; хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии и пред­ назначены в основном для изготовления листов, лент и полос. Из этих сплавов получают также поковки, прутки, трубы, профили, сварочную проволоку. Основные опера­

119

ции листовой штамповки (вытяжка, гибка, отбортовка и т. и.) производятся в холодном состоянии. Сплавы хоро­ шо свариваются всеми видами сварки. С повышением со­ держания алюминия и марганца в этой серии прочность сплавов повышается, а пластичность и технологичность ухудшаются. Жаропрочность сплавов серии ОТ невысока

(рис. 72).

Высокое сочетание механических свойств характерно для комплексно легированных сплавов шестикомпонент-

>20

W

ной системы Ti—А1—С-г—Fe—Si—В (сплавы серии АТ), разработанных И. И. Корниловым с сотрудниками [143]. Эти сплавы также образуют цепочку составов; при пос­ тоянной концентрации суммы элементов Cr, Fe, Si и В (порядка 1,5%) они имеют переменное содержание алю­ миния. Сплавы АТЗ, АТ4 и АТ6 содержат 3; 4 и 6% А1 соответственно. Сплавы типа АТ имеют прочность от 70 до 120 кгс/мм2 при удовлетворительной пластичности и более жаропрочны, чем сплав ВТ5-1 и многие а + ( 5-спла- вы. Сплавы серии АТ технологичны.

К псевдо-об-оплавам относятся также зарубежные сплавы Ti—8А1—1Мо—IV и Ti—8А1—2Nb— 1Та, которые

120