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

—70° С остается примерно на одном уровне (4 кгс-м/см2). Сплав ОТ4-1, содержащий 0,01% Н2 (вакуумный отжиг +0,008% Н2), имеет низкую ударную вязкость во всем ин­ тервале температур от +20 до —60° С.

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НА СКЛОННОСТЬ ТИТАНА

Иа-СПЛАВОВ К ВОДОРОДНОЙ ХРУПКОСТИ

Вописанных выше экспериментах было изучено влия­ ние водорода на структуру и свойства титана и а-спла- вов после отжига по режимам, близким к применяемым в

промышленности. После такого отжига структура метал­ ла представлена более или менее равноосными зернами a -матрицы. Для практических целей важно также знать, каким образом влияет водород на свойства материала с пластинчатой или игольчатой структурой. Последние структуры могут возникать при перегреве металла и не­ пременно наблюдаются в околошовной зоне и металле шва сварных соединений.

В работе [377] было изучено влияние температуры отжига на склонность титана к водородной хрупкости. Кованые прутки титана отжигали при температурах 700, 900 и 1100° С, соответствующих а- и (5-областям. После отжига при 700 и 900° С получались зернистые, а после отжига при 1100° С пластинчатые структуры. Водород вводили в образцы при температуре отжига.

Зависимость механических свойств титана от содер­ жания водорода после отжига при разных температурах приведена на рис. 189. Предел прочности титана практи­ чески не зависит от содержания водорода в исследован­ ном интервале концентраций, причем прочность титана с одним и тем же содержанием водорода тем ниже, чем крупнее зерно. Характер изменения пластических свойств в зависимости от содержания водорода существенно за­ висит от температуры наводороживания, т. е. от величи­ ны зерна. Поперечное сужение и относительное удлине­ ние крупнозернистого титана резко уменьшаются с введе­ нием даже небольших количеств водорода. Пластические свойства титана со средним зерном, характеризуемые по­ перечным сужением и удлинением, надают при введении водорода менее резко, чем для крупнозернистого титана. После вакуумного отжига при 700° С и наводороживания

3 9 4

при этой же температуре, когда получается очень мелкое зерно, механические свойства титана, в том числе отно­ сительное удлинение и поперечное сужение, практически не зависят от концентрации водорода во всем нсследо-

Рис. 189. Влияние водорода на механические свойства титана после вакуумного отжига при

973 (/), 1173 (2) и 1373 (3) К и введения водорода при тех же температурах

Содержание Н?, %

ванном интервале концентраций. Ударная вязкость ти­ тана, отожженного при 1100° С, резко падает при введе­ нии уже тысячных долей весового процента водорода. Ударная вязкость титана, отожженного при 700° С, оста­ ется практически постоянной при содержании водорода до 0,015% (по массе), после чего резко снижается.

395

Аналогичные данные были получены и для а-титано- вого сплава ВТ5 (рис. 190). Как и для технически чисто­ го титана, водородное охрупчивание наиболее резко про­ является после отжига при 1100° С, менее резко после отжига при 900° С и, наконец, после отжига при 700° С, когда получается весьма мелкозернистая структура, во­ дород практически не снижает поперечного сужения и относительного удлинения сплава ВТ5 даже при его со­ держании 0,05% (по массе)— наибольшей исследован­ ной концентрации водорода.

Пластические свойства титана с разным зерном после вакуумного отжига отличаются сравнительно мало. Вве­ дение водорода увеличивает различие механических свойств мелкозернистого и крупнозернистого материала. Поскольку различие в механических свойствах титана с разным зерном наиболее сильно выражено только после введения водорода, то причину различия в свойствах следует искать не только в самом крупном зерне, как та­ ковом, а также в форме и распределении гидридов.

Форма выделений гидрида титана существенно зави­ сит от величины и формы макро- и микрозерна. При мел­ козернистой структуре, полученной путем отжига нагартованного материала в области a-фазы, гидрид титана выделяется в основном по границам зерен в виде весьма компактных, часто неправильной формы включений боль­ шой толщины при относительно небольшой длине. Выде­ ления гидридов титана такой формы не приводят к значительной концентрации напряжений. При крупнозер­ нистой структуре гидриды титана выделяются в виде тон­ чайших пластинок вдоль определенных кристаллографи­ ческих направлений внутри зерна. При наличии крупно­ зернистой структуры с ориентированными зернами а-фа- зы внутри бывшего (3-зерна гидриды титана образуются по границам зерен a -фазы опять-таки в виде тончайших пластинчатых выделений с малым отношением'толщины

кдлине.

Вряде работ было показано, что термическая обра­ ботка оказывает существенное влияние на склонность сплава ОТ4-1 к водородной хрупкости. Так, нагрев спла­ ва ОТ4-1 до 1000° С с последующим охлаждением на воздухе усиливает развитие в нем водородной хрупкости, после такой обработки ударная вязкость сплава ОТ4-1 снижается вдвое уже при введении 0,005% (по массе) во­ дорода [375]. Охлаждение прутков сплава ОТ4-1 на

3 9 6

воздухе после предварительного нагрева до 1000° С при­ водит к фиксированию в нем мартенситной фазы, рас­ творимость водорода в которой очень невелика, и поэто­ му уже при ничтожно малых концентрациях водорода в структуре появляются гидриды.

Нагрев сплава ОТ4-1 до 900° С с последующим ох­ лаждением в воде или на воздухе, наоборот, позволяет

300° С в течение 60 ч после нормализации при 900° С не вызвало снижения характеристик пластичности, ударная вязкость сохранилась на уровне значений для вакуумированного металла. Не произошло также снижения пла­ стичности и вязкости крупных поковок из сплава ОТ4-1, подвергнутых нормализации по указанному режиму, и в процессе последующего вылеживания в атмосферных условиях в течение одного года.

Однако эти данные относятся только к металлу с со­ держанием водорода менее 0,010%. Вопрос об устойчи­ вости в процессе старения пластичности и вязкости за­ каленного или нормализованного сплава ОТ4-1, содержа­ щего 0,015% и более водорода, требует проведения до­ полнительных исследований, особенно при одновремен­ ном действии напряжений.

397

В работе [379] было показано, что водород не ока­ зывает заметного влияния на механические свойства сплава Ti—2Л1—2Мп при растяжении, если его концент­ рация не превышает 0,025% (по массе). Однако сопро­ тивление удару отожженного сплава значительно снижа­ ется при введении 0,01% (по массе) Н2. Для отожженно­ го сплада наблюдался большой разброс значений сопро­ тивления удару, который не удалось связать с величиной зерна. Авторы работы полагают, что этот разброс связан с возможными различиями в предшествующей обработке заготовок.

После закалки сплава в воде с температуры 800° С водород не оказывает влияния на его сопротивление удару. Однако старение при 350° С в течение 500 ч пол­ ностью устраняет благоприятное действие закалки. Пос­ ле закалки и старения по приведенному режиму сопро­ тивление удару ниже, чем после охлаждения с печью.

В той же работе [379] сообщается, что сплав Ti— —2А1—2Мп при длительных выдержках в интервале 300—350° С охрупчивается в одинаковой степени незави­ симо от содержания в нем водорода. Приложение напря­ жений усиливает охрупчивание сплавов с водородом и без него также в одинаковой степени.

Г л а в а 4 ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА СТРУКТУРУ

И СВОЙСТВА а+р-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

В Л И Я Н И Е В О Д О Р О Д А Н А С Т Р У К Т У Р У а + Р - Т И Т А Н О В Ы Х С П Л А В О В

Как уже было указано выше, водород приводит к появлению гидридов в а+Р-титановых сплавах при таких больших концентра­ циях водорода, какие не встречаются в промышленных условиях. Верно, в последнее время это заключение некоторые авторы подвер­ гают сомнению на том основании, что на границах раздела а- и Р-фаз при авторадиографическом анализе с помощью трития обнаружи­ вается значительно большие концентрации водорода, чем в объеме зерна [115, 296].

Однако при металлографическом анализе на границах раздела не обнаруживается гидридных выделений. Этот результат может быть'обусловлен или тем, что сегрегации водорода на границах фаз образуются внутри а- или p-твердых растворов без возникновения новой фазы, или несовершенствами металлографического анализа.

При достаточно больших содержаниях водорода гидридная фаза

398