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

бака не указывается, а в опытных образцах, иллюстрирующих воз­

можности нейтронной радиографии, содержание водорода достигало

0,4% (по массе).

Другой эффект, который вызывается присутствием водорода в а+|3-сплавах, состоит в увеличении количества P-фазы. Особенно сильно этот эффект проявляется в сплаве ВТ22 (рис. 192). После вакуумного отжига структура сплава представлена а- и Р-фазами. При введении в сплав водорода количество p-фазы возрастает, по даже при 0,25% (по массе) Н2 нет никаких следов выделений гид­ рида титана. В то же время с увеличением содержания водорода пластины a -фазы становятся тоньше.

В ряде случаев изменение механических свойств в сплавах с

Рис. 193. Диаграмма изотермических превращений в сплаве ВТЗ-1 с разным содержанием водорода, %:

1 — 0,002; 2 — 0,03; 3 — 0,05; 4 — начало распада а.' -фазы

повиться на влиянии водорода на структуру и свойства а+р-сплавов после различной термообработки.

В работе [381] было показано, что с увеличением содержания водорода понижается температура Лс3. Действуя как (5-стабилиза­ тор, водород приближает состав сплавов ко второй критической концентрации и тем самым увеличивает количество остаточной (5-фазы, образующейся при закалке сплавов. В сплавах докритического состава водород увеличивает количество ы-фазы, фиксируемой при закалке. Это приводит к повышению твердости закаленных сплавов и увеличению объемного эффекта на дилатометрических

с увеличением содержания водорода. Таким образом, водород в а+15сплавах ведет себя так же, как и другие Р-стабилизаторы.

400

с 0,05% Н2. Температура начала мартенситного превращения равна: для сплава с 0,002% Н2 755° С, для сплава с 0,03% 740° С и для сплава с 0,05% Н2 725° С.

По результатам измерения твердости, металлографического и ди­ латометрического анализов были построены диаграммы изотерми­ ческих превращений для сплава ВТЗ-1 с различным содержанием водорода. Выше линии М п распадается P-фаза, а ниже этой линии

При высоких температурах распад P-фазы в сплаве ВТЗ-1 с 0,002% Н2 начинается по границам зерен. В сплаве ВТЗ-1 с повышен­ ным содержанием водорода продукты распада появляются внутри зерен. Это, по-видимому, обусловлено тем, что водород является горофильной примесью и поэтому снижает поверхностную энергию границ зерна. Тем самым уменьшаются причины, вызывающие пред­ почтительный распад на границах зерен.

В Л И Я Н И Е Л Е Г И Р У Ю Щ И Х Э Л Е М Е Н Т О В И П Р И М Е С Е Й Н А С К Л О Н Н О С Т Ь а + р - С П Л А В О В К В О Д О Р О Д Н О Й Х Р У П К О С Т И

Влияние p-стабилизирующих элементов на водород­ ную хрупкость титановых сплавов впервые было деталь­

приготовленных на чистейшем иодидном титане. Сплавы были закалены с 700—750° С в воде, в результате чего в сплавах Ti—9Mn; Ti—13Мо и Ti—20Мо при комнатной температуре был зафиксирован один p-твердый раствор.

Сплавы Ti—ЗМп; Ti—6Mn; Ti—5Мо и Ti—10,9Мо име­ ли двухфазную a + p -структуру. Испытания проводили со скоростью растяжения 0,1 мм/мин при 25° С.

Влияние водорода на поперечное сужение сплавов Ti — Мп и Ti — Мо представлено на рис. 194. Сплавы Ti—ЗМп и Ti—6Мп охрупчиваются примерно при таком же содержании водорода, как и технически чистый тита­ новый сплав Ti—8Мп [0,02—0,03% (по массе)].

родной хрупкости. В сплавах, представленных одной 13фазой, при комнатной температуре вовсе не наблюдалось водородного охрупчивания в исследованных пределах содержания водорода [от 0,0015 до 0,075% (по массе) для сплавов Ti—Мп и от 0,0015 до 0,2% (по массе) для сплавов Ti — Мо].

Водород тем сильнее влияет на температуру перехо­ да от хрупкого разрушения к вязкому, чем меньше р-ста-

Содержание Нг , %

Рис. 194. Влияние водорода на поперечное сужение титановых спла­ вов, содержащих, %:

1 — 13,1Мо; 2 — 20Мо; 3 — 5Мо; 4 — ИМо; 5 — ЗМо; 6 — 9Мп; 7 — 4Mn—4AL; S — 8Мп; 9 — бМп

билизирующего элемента в сплаве: в р-сплаве Ti+20Mo водород практически не влияет на температуру перехода от хрупкого к вязкому разрушению.

Молибден уменьшает водородную хрупкость не толь­ ко двойных, но и сложных а+р-сплавов, в частности сплава титана с 7% А1 и 3% Мо [383].

Л. С. Мороз и Ю. Д. Хесин [295] изучили влияние количества (3-фазы на склонность а+р-сплавов к водо­ родной хрупкости. Для исследований был выбран сплав

402

Ti—2Mn—l,3Fe—0,8Cr—l,2Mo—1,2V. Этот сплав был закален с температур 550 и 660° С, в результате чего в структуре сплава было зафиксировано 20 и 50% Р-фазы соответственно. При растяжении гладких образцов с ма­ лой скоростью сплав с большим количеством р-фазы оказался менее склонен к водородной хрупкости, чем сплав с меньшим ее количеством.

Влияние p-стабилизирующих элементов на водород­ ное охрупчивание титана было исследовано также в ра­ боте Джаффи и Вильямса [383]. В этой работе были изучены сплавы с p-изоморфными стабилизаторами (мо­ либден, ванадий, ниобий, тантал) и р-эвтектоидными ста­ билизаторами (марганец, железо, хром). Сплавы были приготовлены на иодидном (0,03% 0 2), магниетермиче­ ском (0,108% Ог) и магниетермическом титане с допол­ нительно введенным кислородом (0,27% Ог). В сплавы было введено 0,02; 0,03; 0,04; 0,06 и 0,08% Н2. Сплавы испытывали на ударную вязкость, на растяжение с боль­ шой и малой скоростью растяжения и на длительную прочность. Поскольку в работе ставилась цель не устано­ вить истинные допуски на содержание водорода, а оце­ нить сравнительную склонность к водородному охрупчи­ ванию, то испытания на растяжение проводили на глад­ ких образцах. Применение гладких образцов позволило устранить эффекты, связанные с различным влиянием легирующих элементов на склонность титана к надрезу. Результаты обширных исследований по влиянию р-ста- билизаторов на водородное охрупчивание титана, прове­ денных указанными авторами, представлены в табл. 36.

Было обнаружено, что при исследованных в работе концентрациях водорода сплавы Ti—4Та; Ti—8Та; Ti— —4Nb и Ti—2% Fe ведут себя как а-сплавы. При ме­ таллографическом исследовании в этих сплавах были найдены гидриды, так что при первой введенной концент­ рации в них развивалась не обратимая хрупкость, а гидридная. Ударная вязкость этих сплавов падает уже при введении водорода в количестве 0,02% (по массе).

Что касается остальных исследованных сплавов, то обнаруживается общая закономерность, а именно: чем больше р-фазы в структуре сплава, тем больше макси­ мальное содержание водорода, приводящее к охрупчи­ ванию. О степени влияния p-стабилизаторов на склон­ ность титана к водородной хрупкости можно судить по тому содержанию водорода, при котором сплавы, содер-

Т а б л и ц а 36

Влияние (5-стабилизаторов на максимально допустимые концентрации водорода в титановых сплавах

жащие 50% a -фазы и 50% (3-фазы, начинают охрупчиваться. Все исследованные (3-стабилизаторы по мере уве­ личения склонности к водородному охрупчиванию можно расположить в ряд: молибден, ниобий, хром, ванадий, марганец и железо. Тантал выпадает из этого ряда, по­ скольку при всех исследованных концентрациях тантала и водорода сплавы T i— Та вели себя как а-сплавы.

В работе [383] было показано, что алюминий пони­ жает склонность а+р-сплавов к водородному охрупчи­ ванию, так как алюминий повышает растворимость водорода в a -фазе, в результате чего (3-фаза менее насы­ щается водородом. Кислород, наоборот, резко увеличи­ вает склонность к водородному охрупчиванию, понижая максимальные концентрации, при которых обнаружива­ ется хрупкость. Так, в сплаве Ti—4Мо, приготовленном на иодидном титане, водородная хрупкость обнаружива­ ется при 0,06—0,08% (по массе) Н2, а в том же сплаве с 0,20 % 0 2 водородная хрупкость обнаруживается при

0,02—0,04% (по массе) Н2.

404