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

сплавы ВТ15 и (3—III работают при температурах выше комнатной, то водород при содержаниях, не превышаю­ щих 0,15% (по массе), не снижает существенно пластич­ ности металла в закаленном состоянии.

Установленные в настоящее время пределы макси­ мально допустимого содержания водорода не являются абсолютными. В том случае, когда титановые сплавы должны работать при низких температурах, содержание в них водорода должно быть ниже указанных. Для круп­ нозернистого материала допуски на максимальное со­ держание водорода в титане должны быть значительно ниже, чем для мелкозернистого материала. При приме­ нении титана и его сплавов в сварных соединениях уро­ вень максимально допустимых содержаний водорода следует устанавливать по результатам испытаний на замедленное хрупкое разрушение сварных образцов, так как ноле напряжений в шве и околошовной зоне спо­ собствует направленному перемещению атомов водоро­ да и развитию преждевременного разрушения сварных деталей.

В заключение следует отметить, что несмотря на малую склонность некоторых титановых сплавов к водо­ родной хрупкости, ВВС США установили для всех де­ формируемых а+(3-титановых сплавов, применяемых в авиапромышленности, единое сравнительно небольшое максимальное содержание водорода, равное 0,0125% (по массе).

на всех этапах получения титановой губки и производст­ ва из нее полуфабрикатов. Одним из наиболее радикаль­ ных методов удаления водорода из титана является ва­ куумная плавка, причем чем ниже давление, при кото­ ром ведется плавка, тем меньше содержание водорода в слитке. При плавке в вакууме удаляется также некото­ рое количество кислорода и азота, адсорбированного губкой. Эти газы при нагреве десорбируются и откачи­ ваются вакуумными насосами. Основная же масса азота и кислорода, растворенная в губке или химически свя­ занная с титаном, переходит в жидкую ванну, а затем в слиток.

5 0 0

Водород, наоборот, очень интенсивно удаляется при вакуумной дуговой плавке. На рис. 251 показано влия­ ние парциального давления водорода, при котором ве­ дется плавка, на его содержание в титане, по данным Джонстона [412]. Из этих данных следует, что при дав­ лении водорода порядка 10~2 мм рт. ст. в слитке остается 0,002% Н2, а при давлении 0,5 мм рт. ст. в слитке оста­ ется около 0,005% Н2. Об­ щее давление в печи практи­ чески равно парциальному давлению водорода,посколь­ ку он составляет основную массу газов, выделяющихся при плавке в вакууме. По данным Л. С. Мороза и др.

[2], в составе газов, выде­ ляющихся при плавке тита­

метана СН4. Необходимо, однако, отметить, что при принятой в настоящее время

технологии получения титановых слитков содержание во­ дорода в них больше, чем следует из данных, приведен­ ных на рис. 251.

Благодаря совершенствованию технологии получения титановой губки и плавки титана содержание водорода в слитках постепенно снижалось. Так, но данным одно­ го из металлургических заводов, среднее содержание во­ дорода в слитках технически чистого титана составляло в 1957 г. 0,01, в 1958 г. 0,0075, в 1959 г. 0,0065, в 1960 г. 0,005, в 1967 г. 0,004% (по массе). В большинстве титано­ вых слитков (в 84%) содержание водорода колеблется от 0,002 до 0,006% (по массе). Содержание водорода можно еще более уменьшить, если вести плавку в более высоком вакууме, но это связано с существенным услож­ нением аппаратуры и технологии плавки.

В А К У У М Н Ы Й О Т Ж И Г Т И Т А Н А И Е Г О С П Л А В О В

Поглощение водорода титаном — процесс обратимый. При нагреве титана и его сплавов в атмосфере водорода реакция взаимодействия протекает, пока концентрация

501

водорода в металле не достигает равновесного значения. В результате над металлом устанавливается вполне определенное при данной температуре равновесное дав­ ление.

Изменение температуры или давления водорода сме­

(рис. 252).

Равновесное давление водорода при данных услови­ ях вакуумного отжига может устанавливаться слишком долго. Поэтому важно знать не только равновесное дав­ ление водорода, но и кинетику дегазации. Этот вопрос был достаточно полно изучен в работе Б. С. Крылова

[413].

Исследования были проведены на образцах техниче­ ски чистого титана ВТ1-1 и сплава ОТ4 в форме кубиков со стороной 10 мм, изготовленных из поковок, и пласти­ нок размером 19ХЮ мм, вырезанных из промышленных

5С2

уменьшающейся скоростью, то при покрытой плотной окалиной поверхности скорость дегазации сначала неве­ лика, затем нарастает и, наконец, вновь уменьшается

(рис. 254).

На основании анализа полученных данных Б. С. Кры­ лов [413] полагает, что скорость выделения водорода при вакуумном отжиге определяется поверхностными реакциями, связанными с выходом атомов водорода из поверхностного слоя в окружающую среду. Диффузия водорода в объеме металла протекает быстрее поверх­ ностных реакций и поэтому скорость дегазации мало за­ висит от размеров образца и исходного содержания во­ дорода.

Температура вакуумного отжига должна быть доста­ точной для довольно полной дегазации металла за за­ данное время, но не чрезмерно высокой. При слишком высокой температуре происходят вакуумное растравли­ вание и интенсивный рост зерна. С повышением темпе­ ратуры отжига вакуумное растравливание усиливается. Однако на четкость структуры влияет не только вакуум­ ное растравливание, но и преимущественное окисление металла по границам зерен [414]. Четкость структуры после отжига при 600—800° С, когда нет заметного раст­ равливания, усиливается при повышении давления в печи и при напускании воздуха в систему на последней стадии охлаждения. Поэтому по четкости структуры по­ лированной поверхности после вакуумного отжига нель­ зя строго судить о степени вакуумного растравливания. При травлении полированной структуры обычными для титана химическими реактивами детали вакуумированной структуры исчезают и выявляется обычная для отожженных сплавов структура.

После отжига в |3-области структура поверхности листа имеет ступенчатое строение (рис. 255). Подобное строение поверхности после отжига при высоких темпе­

форма пластинок не имеет прямой связи с кри­ сталлической структурой металла, так как элементы симметрии пятого порядка законами кристаллографии запрещены.

В работе [415] было установлено, что в микрострук­ туре циркония наибольшую частоту 24,1% от общего

504 *