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

зывалось выше, первые выделения гидридов появляются при значительно более высоких концентрациях водоро­ да порядка 0,35% (по массе).

Влияние длительности старения при 450°С на меха­ нические свойства закаленного с 780°С сплава ВТ15

2,7-10—3 с—1

с 0,02%; 0,05 и 0,1% Н2 иллюстрируется рис. 214. В про­ цессе старения происходит сильное упрочнение сплава при одновременном значительном снижении его пластич­ ности. Водород существенно уменьшает предел прочно­ сти состаренного сплава. В то же время сплав ВТ15 с во­ дородом при любом исследованном режиме старения имеет в 1,5—2 раза более высокое удлинение и по­ перечное сужение по сравнению со сплавом без водо­ рода.

Микроструктура сплава ВТ15 после закалки пред­ ставлена p-твердым раствором без каких-либо выделений второй фазы. Старение приводит к распаду зафикси­ рованного закалкой метастабильного |3-твердого раство­ ра с образованием дисперсных выделений a -фазы, при­ чем количество выделений a -фазы уменьшается с увели­ чением содержания водорода. Уменьшение количества выделений упрочняющих фаз и является причиной умень­

427

шения эффекта старения при увеличении содержания во­ дорода в сплаве.

На рис.215 приведено влияние водорода на механи­ ческие свойства закаленного сплава (3-III при комнатной температуре. Предел прочности сплава (3-111 с увеличе-

нием содержания водорода от 0,003 до 0,1% (по массе) повышается с 72 до 77 кгс/мм2, а предел текучести сна­ чала возрастает, а затем несколько снижается. Попереч­ ное сужение имеет небольшой провал в районе концент­ раций 0,01—0,02% Н2. Относительное удлинение падает с 42,5% при 0,003% Н2 (вакуумный отжиг) до 36% при 0,01% Нг, а затем остается постоянным вплоть до 0,1%

Н2.

Провал пластических характеристик закаленных об­ разцов ВТ15 обнаружен также при испытаниях на сосре­ доточенный изгиб при комнатной температуре (рис. 216). Угол загиба уменьшается от 50° для вакуумированного образца до 36—37° у образца с 0,03% Н2. Последующее увеличение содержания водорода приводит к повыше­ нию пластичности до 45—46° и ее стабилизации вплоть до концентрации 0,2% Н2.

Подобное сложное влияние водорода на пластические свойства закаленных р-сплавов может быть связано с од­ новременным действием двух механизмов: водородной хрупкости, обусловленной искажениями решетки при ра­ створении водорода, и пластифицирования, связанного с облегчением межзеренного скольжения из-за сегрега­ ции водорода на границах зерен. В одном интервале кон­

428

центраций водорода первый механизм доминирует над вторым, а в другом интервале концентрации, наоборот, второй механизм доминирует над первым. Более деталь­ но этот вопрос будет рассмотрен ниже при обсужде­ нии влияния водорода на технологичность титановых сплавов.

Влияние водорода на ударную вязкость |3-сплавов при комнатной температуре приведено на рис. 141 и 215. Сни­ жение ударной вязкости сплава (З-Ш начинается при со­ держании водорода порядка 0,1%, но даже при 0,2% Н2 она остается очень высокой. Ударная вязкость сплава р-1П в два раза выше ударной вязкости сплава ВТ15при тех же концентрациях водорода.

В Л И Я Н И Е Т Е М П Е Р А Т У Р Ы Н А С К Л О Н Н О С Т Ь [ 3 - 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

Склонность (З-сплавов к хрупкости, как и склонность к хрупкости других металлов с о. ц. к. решеткой, усили­ вается с понижением температуры. На рис. 141 было при­ ведено влияние водорода на ударную вязкость закален­ ного сплава ВТ15 при разных температурах испытания. Ударная вязкость сплава при всех температурах мало зависит от концентрации водорода в широком диапазоне, но при содержаниях водорода свыше некоторого крити­ ческого значения резко снижается. Резкое падение удар­ ной вязкости происходит при тем меньшей концентрации водорода, чем ниже температура испытаний.

Склонность сплава ВТ 15 к водородной хрупкости при низких температурах сильнее проявляется при малых скоростях деформации [339]. Механические испытания, проведенные при температуре — 18° С, показали, что уже введение в сплав водорода в количестве 0,015% (по мас­ се) приводит к резкому снижению поперечного сужения при малой скорости деформации (рис. 217). Если сплав ВТ15, предварительно отожженный в вакууме, а затем закаленный в воду, имеет при ■—18° С поперечное суже­ ние, равное 50%, то сплав с 0,015% (по массе) Н2, обра­ ботанный по такому же режиму, имеет сужение 15%. Разрушение наводороженных образцов происходит без заметного образования шейки, причем трещины возни­ кают не только в месте разрушения образца, а также вблизи от поверхности разрушения.

Указанное снижение пластичности отличается от хруп-

429

кости сплава при температурах ниже точки перехода в хрупкое состояние. Если «собственная» хрупкость спла­ ва ВТ15 проявляется при всех скоростях растяжения, то

деформации 1,35-10~2 с -1 поперечное сужение уменьша­ ется с увеличением содержания водорода, но даже при 0,1% Н2 не наблюдается типичного хрупкого разруше­ ния. Образец разрывается с образованием шейки при поперечном сужении порядка 35% • Как и в а+р-титано- вых сплавах, водородная хрупкость сплава ВТ 15 прояв­ ляется в определенном интервале температур (рис. 152). При скорости деформации 2,7 • 10~4 с -1 поперечное суже­ ние сплава сначала резко уменьшается с понижением температуры. Это снижение происходит в узком темпера­ турном интервале. Верхняя температура водородной хрупкости составляет (—10) ч- (+ 10° С) и с увеличением содержания водорода повышается. При температурах порядка —■30° С происходит восстановление пластично­ сти наводороженных образцов.

Зависимость поперечного сужения образцов сплава р-Ш с различным содержанием водорода от температу­

430