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

центрациях водорода эффект пластифицирования умень­ шается. Это может быть обусловлено двумя причина­ ми:

а) водород смещает температурный интервал, в кото­ ром проявляется сверхпластичность. При содержаниях водорода меньше 0,15% температурный интервал пла­

(бшах) определяли при открытом осаживании стандарт­ ных цилиндрических образцов. Результаты испытаний приведены на рис. 250. Водород при малых концентраци­ ях несколько снижает технологическую пластичность, а затем резко повышает ее. Если для вакуумированного образца (0,002% водорода) она составила порядка 60%, то образцы с содержанием водорода 0,05—0,2% вообще невозможно разрушить. Сплав становится высокопла­ стичным и не удается выявить ни сопротивление разру­ шению, ни полную пластичность.

Металлографические исследования на электронном и оптическом микроскопах показали, что в образцах с со­ держанием водорода 0,05%, продеформированных на 35—45%, не наблюдается ярко выраженной внутризеренной деформации. Однако, хотя внутри зерен и не наблю­ дается деформационных линий, переориентировка и про­ скальзывание зерен, определенное по специальным мет­ кам, происходят. При этом на полированной поверхности на начальных стадиях пластической деформации проис­ ходит «выпучивание» зерен с образованием характерно­ го рельефа «апельсиновой корки», что свидетельствует о

495

наличии значительной деформации в приграничных об­ ластях.

Приведенное выше неоднозначное влияние водорода на технологическую пластичность |3-титановых сплавов объясняется двояким действием водорода: водородной хрупкостью и пластифицированием. Согласно представ­ лениям, изложенным в работах [8, 350], снижение пла­ стичности |3-титановых сплавов при концентрациях водо­ рода порядка 0,005—0,02% обусловлено транспортиров­ кой атомов водорода скользящими дислокациями к барьерам, в результате чего в голове скопления дислока­ ций концентрация водорода возрастает в несколько раз по сравнению со средней и достигает критического зна­ чения, необходимого для проявления хрупкости. Нужно подчеркнуть, что деформация металла в этом случае осу­ ществляется в основном сдвиговыми механизмами внут­ ри зерна.

С дальнейшим увеличением содержания водорода сдвиговый механизм, приводящий к хрупкости рассмат­ риваемого типа, подавляется, а пластифицирующее действие водорода интенсифицируется. Таким образом, полученные результаты, во-первых, косвенно подтверди­ ли дислокационный механизм водородной хрупкости р-титановых сплавов, во-вторых, показывают, что благо­ приятное влияние водорода на технологическую пластич­ ность связано с пограничными процессами.

Г л а в а 7 МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВОДОРОДНОЙ

ХРУПКОСТЬЮ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

Для того чтобы судить о возможности развития водо­ родной хрупкости в титане и его сплавах в тех или иных конкретных случаях, нужно знать минимальные кон­ центрации водорода, приводящие к ее развитию. Макси­ мально допустимые концентрации водорода к настояще­ му времени установлены для большинства промышлен­ ных сплавов.

В настоящее время металлургическая промышлен-

496

кость поставляет слитки и фасонное литье с таким ма­

возрастает и в ряде случаев достигает уровня, при кото­ ром развитие водородной хрупкости становится возмож­ ным.

Отсюда следует один из первых способов борьбы с во­ дородной хрупкостью титана и его сплавов — уменьшение иаводороживания при технологических операциях. Этот способ не всегда удается реализовать, особенно для сплавов, сильно склонных к водородной хрупкости, ког­ да малейшее повышение содержания водорода в полу­ фабрикатах и изделиях по сравнению с его содержанием в слитке ведет к хрупкости.

Если содержание водорода в полуфабрикатах и гото­ вых изделиях превышает максимально допустимые зна­ чения, то его можно удалить вакуумным отжигом, но это длительная и дорогая операция. Целесообразнее выбрать из имеющихся сплавов сплавы, мало склонные к водородной хрупкости, или специально разработать сплавы, не склонные к хрупкости при тех концентрациях водорода, которые встречаются в данном конкретном применении.

Водородной хрупкости можно избежать, уменьшая расчетные напряжения до уровня, ниже которого она не развивается, но это вряд ли целесообразный способ, так как он ведет к увеличению веса конструкций. По­ следнее явно неприемлемо для авиационной и ракетной техники.

Изделия могут наводороживаться не только при тех­ нологических операциях, но и при эксплуатации. В таком случае возможными способами борьбы с водород­ ной хрупкостью могут быть:

а) защитные покрытия, препятствующие наводороживанию;

б) легирование, уменьшающее скорость взаимодей­ ствия металла с водородсодержащими средами и повы­ шающее максимально допустимые концентрации водо­ рода;

в) периодический вакуумный отжиг изделий.

Водородное охрупчивание особенно резко проявляет­ ся, если содержание водорода в сплавах превышает не­ который предел. Этот предел, естественно, и был принят за максимально допустимое содержание водорода.

По результатам влияния водорода на ударную вяз­ кость для технически чистого титана установлены сле­ дующие максимально допустимые концентрации водоро­

на ударную вязкость «-титановых сплавов следует, что содержание водорода в них при ударных нагрузках не должно превышать 0,03% для сплавов ВТ5 и ВТ5Л и 0,02% для сплава ВТ5-1. Если а-сплавы длительно ра­ ботают над нагрузкой и в них возможно развитие замед­

в сплаве ВТ5Л во избежание замедленного разрушения

структурой, при которой чувствительность сплавов к во­

имеет такую же структуру, как и сплав ВТ5Л в фасон­ ных отливках. Поэтому можно полагать, что в сплаве ВТ5 максимально допустимая концентрация водорода должна быть такой же, как и в сплаве ВТ5Л, т. е. 0,014%. При испытаниях на ударную вязкость сплав ВТ5-1 более чувствителен к влиянию водорода, чем сплав ВТ5. Поэ­ тому при длительном действии напряжений допустимые содержания водорода в сплаве ВТ5-1 должны быть, повидимому, порядка 0,01—0,012% (по массе).

Псевдо-а-сплавы ОТ4-1 и ОТ4 более склонны к водо­ родной хрупкости, чем типичные а-сплавы. Из результа­ тов исследований по влиянию водорода на ударную вяз­ кость и склонность к замедленному разрушению следует, что максимально допустимые концентрации должны составлять 0,01% для сплава ОТ4 и 0,005% Для сплава ОТ4-1. Результаты испытаний на замедленное разруше­

498

ние показывают, что содержание водорода в сплаве ВТ20 не должно превышать 0,015—0,020%.

Водород до 0,025% (по массе) не влияет на пласти­ ческие свойства сплавов АТЗ, АТ4 и АТ6 при проведении испытаний на растяжение как при большой, так и при ма­ лой скорости деформации. До этой концентрации водо­ рода термическая стабильность сплавов АТЗ и АТ4 со­ храняется высокой. Введение водорода в количестве 0,015% в сплав АТ6 приводит к заметному ухудшению термической стабильности. Наиболее чувствителен к влиянию водорода сплав АТ8. Введение 0,015% Н2 при­ водит к резкому снижению пластичности этого сплава при проведении испытаний на растяжение как при боль­ шой, так и при малой скорости деформации.

Типичные а+(3-сплавы менее склонны к водородной хрупкости, чем сплавы ОТ4 и ОТ4-1. В сплавах ВТЗ-1, ВТ8, ВТ6, ВТ6С, ВТ14 и ВТ16, выплавляемых в настоя­ щее время, водородная хрупкость при проведении испы­ таний при комнатной температуре на гладких образцах начинает развиваться при таких больших концентрациях водорода, которые не встречаются на практике. Однако при проведении испытаний на надрезанных образцах этих сплавов происходит снижение истинных разрушаю­ щих напряжений при концентрациях водорода больше 0,03% (по массе). Кроме того, водород уменьшает тер­ мическую стабильность сплавов. По этой причине содер­ жание водорода в указанных сплавах не должно превы­ шать 0,025—0,030% (по массе).

Исследования по влиянию водорода на склонность титановых сплавов к замедленному разрушению также показали, что в сплавах ВТ6, ВТ6С и ВТ14 концентра­ ции водорода до 0,03% (по массе) не вызывают сниже­ ния разрушающих напряжений при длительности дейст­ вия нагрузки до 600 сут. '

Из исследованных а+|3-титановых сплавов наименее склонны к водородной хрупкости при длительном дейст­ вии напряжений сплавы ВТ 16 и ВТ22. При испытаниях на замедленное хрупкое разрушение снижения разрушаю­ щих напряжений для этих сплавов не происходит даже при 0,05% Н2 при длительности действия нагрузки до 600 сут. Нужно, однако, иметь в виду, что водород