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

отличаются большим содержанием алюминия и облада­ ют высоким сопротивлением ползучести. Сплавы подоб­ ного типа в США называют супер-альфа сплавами. К этой группе принадлежат отечественные сплавы ВТ20 и ВТ18, по структуре они также являются псевдо-а-спла- вами.

Сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный лис­ товой сплав по сравнению со сплавом ВТ5-1 [83]:. Га­ рантированный предел прочности листов из сплава ВТ20 95 кге/мм2 вместо 75 кге/мм2 для сплава ВТ5-1 при прак­ тически одинаковом удлинении и сужении. Упрочнение сплава ВТ20 обусловлено его легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами мо­ либдена и ванадия. Впоследствии было показано, что сплав ВТ20 может применяться не только как листовой, но и как ковочный. Сплав ВТ20 благодаря высокому со­ держанию алюминия и циркония отличается более высо­ кой жаропрочностью по сравнению с ниже рассмотрен­ ными сплавами (рис. 72); термически стабилен до 700° С. Сплав предназначен для изготовления изделий, ра­

тановым сплавам; он может длительно работать при тем­ пературах 550—600° С (рис. 72). Высокая жаропрочность этого сплава обусловлена высоким содержанием в нем алюминия (>7,2% ) и циркония. Однако чрезмерно боль­ шое содержание алюминия (свыше 8% в прессованных прутках и 7,5% в кованых) нежелательно, так как про­ исходит снижение термической стабильности, по-видимо­ му, из-за процессов упорядочения в сильно легированной алюминием a -фазе. Сплав легирован также небольшим количеством кремния, который существенно повышает жаропрочность. Однако содержание кремния следует поддерживать на нижнем пределе, так как он заметно снижает пластичность. В отличие от других а-сплавов сплав ВТ18 плохо сваривается. Сплав предназначен для изготовления прутков, поковок и штамповок.

Опытным отечественным сплавом этой группы явля­ ется сплав СТ1, легированный алюминием, цирконием и оловом, разработанный И. И. Корниловым с сотрудника­ ми [83, с. 24]. Сплав СТ1 может длительно работать при температурах до 600° С, а кратковременно при темпера­ турах до 750° С. Предел кратковременной прочности спла­

121

ва СТ1 при GOO0С составляет 70 кге/мм2, а длительная прочность за 100 ч при той же температуре равна 25,5 кге/мм2. Пластические свойства сплава при комнат­

Наиболее высокими жаропрочными свойствами обла­ дает отечественный опытный сплав СТ4, относящийся к системе Ti—А1—Zr—Sn—Мо. Этот сплав рекомендован для длительной работы при температурах до 700° С и для кратковременной — до 850° С. Сплав СТ4 имеет предел кратковременной прочности 75 кге/мм2 при 750°С и 50 кге/мм2 при 800° С. К сожалению, пластические свой­

= l-f-2 кгс-м/см2).

Еще больше жаропрочность у сплава СТ5, но это уже сплав на основе интерметаллнда Ti3AI [83, с. 176]. Пре­ дел прочности сплава СТ5 при 800°С составляет 75кгс/мм2, а при 900° С 40 кге/мм2.

Ксплавам, структура которых представлена а-фазой

свыделениями интерметаллидов, относится английский сплав Ti—2Cu, в котором содержание меди соответст­ вует ее предельной растворимости в а-титане. В отож­ женном и закаленном состоянии сплав малопрочен и пла­ стичен и имеет такую же технологичность, как и техни­ ческий титан [84]. При старении сплав упрочняется на 30—50% за счет дисперсионного твердения и приобрета­ ет предел прочности 75—80 кге/мм2 [144].

Из сплава Ti—2 Си в Англии поставляют листы и по­ лосы. Этот сплав подвергается сварке, причем пластич­ ность сварного соединения практически равна пластич­ ности основного металла.

Титан и а-титановые сплавы подвергают отжигу пер­ вого рода для снятия нагартовки, обусловленной пласти­

ческой деформацией. Температура нагрева для такого отжига, естественно, должна быть выше температуры ре­ кристаллизации данного сплава. Сильно деформирован­ ный иодидный титан начинает рекристаллизоваться при температурах около 400° С. Эту температуру можно при­ нять за порог рекристаллизации. При степени деформа­ ции около 40% температура рекристаллизации иодидного титана составляет около 550° С. Легирующие и примес­ ные элементы, как правило, повышают температуру рекристаллизации иодидного титана и поэтому техничес­

122

кий титан и титановые сплавы отжигают при более высо­ ких температурах, чем чистейший титан.

Температура отжига, однако, не должна быть чрез­ мерно высокой. Эта температура не должна превышать точку Ас3 (границу раздела между а+ Р - и р-областями),

Температура, °С

Рис. 73. Влияние температуры отжига на величину зерна титана и его сплавов (по данным В. В. Шевченко):

/ — BTI-0; 2 — ВТЗ-1; 3 — ВТ6С; 4 — ВТ6; 5 — ВТ5

так как в p-области бурно растет зерно [145] (рис. 73). Характерные значения температуры Асъ приведены

н и ж е :

Кроме этого, при высоких температурах отжига об­ разуется значительный альфированный слой. Отжиг обы-

123

чно проводят в окислительной атмосфере, чтобы не про­ исходило наводороживания. При отжиге происходит уменьшение прочностных свойств а-сплавов и повыше­ ние пластичности.

Температуры отжига промышленных титановых спла- i указаны ниже (листы и изделия из них).

Выдержку при отжиге увеличивают с 15 мин при толщи­ не листа 1,5 мм до 20—25 мин при 1,6—6 мм и до 60 мин при 6—50 мм. Листы и изделия из них обычно отжигают при более низких температурах, чем массивные полуфаб­

случаев применяют неполный отжиг при температурах ниже температуры начала рекристаллизации длительно­ стью 0,5—2 ч с последующим охлаждением на воздухе. Для снятия напряжений, возникших при сварке, продол­ жительность неполного отжига должна составлять 3—

рекристаллизации при повторном нагреве. К сожалению, при практическом внедрении фазовой перекристаллиза­ ции для измельчения зерна титана и его сплавов встре­ чаются трудности, обусловленные в основном двумя при­ чинами:

1) при нагреве до температур, соответствующих 13- области, что необходимо для полной фазовой перекрис­ таллизации, настолько укрупняется исходное зерно, что

124

последующая термообработка часто не может уменьшить его даже до исходных размеров;

б) объемный эффект при ач=±р-превращении невелик, что не дает достаточно сильного внутрифазного наклепа.

Частичная фазовая перекристаллизация с нагревом до температур несколько ниже Ас5 оказывает благопри­ ятное влияние на свойства сплавов. Так, например, при­ меняющийся в США сплав Ti—8А1—1Мо—IV после де­ формации подвергают тройному отжигу по режиму: на­

нагрев при 745° С, 15 мин, охлаждение на воздухе [85].

нагреве до 1010° С сплав приобретает структуру, пред­ ставленную большим количеством [5-фазы и небольшим количеством a -фазы. При охлаждении на воздухе пер­ вичная a-фаза сохраняется, а [5-фаза испытывает прев­ ращение р-нзс. Третий этап тройного отжига преследует цель снять фазовые и термические напряжения. Таким образом, тройной отжиг сочетает в себе элементы рекристаллизационного отжига с фазовой перекристаллиза­ цией. После такой термообработки сплав имеет структу­

островки первичной a -фазы почти полиэдрической фор­ мы. Такая структура обеспечивает более высокое сопро­ тивление ползучести и уменьшает склонность сплава к солевой коррозии.

С В О Й С Т В А а + р - Т И Т А Н О В Ы Х С П Л А В О В

Для фиксации [5-фазы при комнатной температуре в а+р-сплавы непременно вводят переходные элементы, поскольку только они в достаточной степени повышают стабильность p-фазы. По интенсивности стабилизации P-фазы в а+[5-сплавах элементы можно расположить в ряд [146]: Fe, Cr, Мп, Mo, V, Nb, Та. Чем левее в этом ряду находится элемент, тем сильнее его р-стабилизиру- ющее действие. Для оценки влияния на свойства титана того или иного элемента целесообразно выражать их концентрации в эквивалентных количествах [147].

Сплавы, структура которых представлена р-фазой, стабилизированной р-эвтектоидными элементами, более

125