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

В работе [414] было исследовано влияние температу­ ры и длительности вакуумного отжига на структуру и свойства сплавов ОТ4 и ОТ4-1, выплавляемых в послед­ нее время. Исследования были проведены па прутках диаметром 15 мм и на листах толщиной 1—3 мм. Отжиг

О 0,0/ Щ 0,03 ОМ Расстояние от поВерхности} мм

Рис. 256. Микротвердость газонасыщенного слоя образцов сплава ОТ4-1 после вакуумного отжига при температуре 600

(а), 650 (б), 700 (в), 750° С (г) и давлении 10~* мм рт. ст.;

время выдержки, ч:

/ — 0,25; 2 — I; 3 — 2; 4 — 5

прутков проводили в лабораторной печи при давлении 10~4 мм рт. ст. Листы отжигали в специально сконст­ руированной лабораторной вакуумной установке. В ва­ кууме отжигали готовые образцы, в том числе и образ­ цы с надрезом, их поверхность окисляли напуском воз­ духа при 300—400° С.

На рис. 257 приведены результаты исследований по влиянию вакуумного отжига на свойства пруткового материала. Полученные результаты показали, что ваку­ умный отжиг при температурах выше 600—700° С приво­ дит к постепенному уменьшению пределов прочности и текучести сплавов. Поперечное сужение и удлинение сплавов ОТ4 и ОТ4-1 мало изменяются при отжиге в ин­ тервале температур 600—900° С, но после отжига при более высоких температурах резко уменьшаются. Удар­ ная вязкость остается неизменной до 800° С, далее она

5 0 6

повышается, достигает максимума после отжига при 950° С, а затем уменьшается.

Характер зависимости механических свойств сплавов ОТ4 и ОТ4-1 от температуры при отжиге на воздухе та­ кой же, как и при вакуумном отжиге. Отличие состоит

Z. 70

ео

1 — вакуумный отжиг; 2 — отжиг на воздухе

в общей, более высокой пластичности вакуумированного металла по сравнению с отожженным на воздухе, хотя из этого правила есть исключения.

разрушения образцов сплавов ОТ4 и ОТ4-1 в исходном и вакуумированном состояниях. Заготовки для этих об­ разцов были нагреты до 1000° С, а затем охлаждены на воздухе. Их структура имитировала структуру околошовной зоны. Приведенные данные показывают, что при напряжениях порядка 90—ПО кгс/мм2 время до разру­ шения вакуумированных образцов на один-два порядка больше, чем для исходного металла, содержащего

0,008% Н2.

507

Вакуумный отжиг уменьшает склонность сплавов ОТ4 и ОТ4-1 к водородной хрупкости при пониженных температурах как при испытаниях на растяжение, так и при испытаниях на удар (рис. 187, 188). Существенно

Рис. 258. Изменение разрушающего напряжения в зависи­ мости от времени до разрушения для сплавов ОТ4 (/) и ОТ4-1 (2) в исходном состоянии (пунктирные кривые) и после вакуумного отжига (сплошные кривые)

уменьшаются также общее содержание водорода и неод­ нородность в его распределении в объеме металла, хотя при всех исследованных режимах вакуумного отжига на поверхности оставалось больше водорода, чем внутри металла (табл. 45).

В работе [414] было исследовано также влияние ва­

5 0 8

ния при испытаниях на повторную статику при нагруже­ нии до напряжений, составляющих 0,7 от предела проч­ ности, и частоте нагружения 10 циклов в минуту приве­ дены в табл. 46. Испытания проводили на образцах с концентратором напряжений.

Т а б л и ц а 46

Режимы вакуумного отжига образцов с концентратором напряжений и результаты испытаний на повторную статику

В табл. 46 приведено минимальное число циклов по результатам четырех испытаний. Прежде всего поражает различное поведение сплавов ОТ4 и ОТ4-1 после вакуум­ ного отжига. Почти при всех режимах вакуумного отжи­ га для сплава ОТ4 число циклов до разрушения больше, чем в исходном состоянии, а для сплава ОТ4-1 наблюда­ ется обратная картина. С увеличением толщины листа отрицательное действие вакуумного отжига на сплав ОТ4-1 усиливается. Зачистка поверхности до вакуумного отжига уменьшает число циклов до разрушения по срав­ нению с образцами, у которых поверхность зачищали после вакуумного отжига.

Следует отметить, что влияние вакуумного отжига на повторную статику изучалось на материале, который в исходном состоянии содержал всего 0,004—0,005% Н2, Вполне возможно, что при более высоких содержаниях водорода в сплаве ОТ4-1, которые могут быть в металле в состоянии поставки или после технологических опе­ раций, действие вакуумного отжига на разрушающие напряжения при малоцикловом нагружении было бы

благоприятным,

5 0 9

Анализ данных, приведенных на рис. 257, показывает, что изменение механических свойств прутков при ваку­ умном отжиге обусловлено структурными изменениями

иуменьшением содержания водорода. Тенденция к по­ нижению прочности и повышению пластичности после от­ жига при температурах до 900° С обусловлена продол­ жающимися процессами возврата и рекристаллизации, которые не успели завершиться в исходном материале. Резкое уменьшение механических свойств сплавов ОТ4

иОТ4-1 после отжига при температурах выше 900° С связано с сильным ростом зерна.

Вакуумное растравливание при отжиге сплавов ОТ4

иОТ4-1 при температурах 650—900° С настолько неве­ лико, что вряд ли оказывает влияние па свойства полу­ фабрикатов и изделий. Повышение температуры отжига до 1000—1100° С приводит к сильному вакуумному рас­ травливанию и оно уже может отрицательно сказывать­ ся на механических свойствах.

Причины ухудшения повторной статики сплава ОТ4-1 при вакуумном отжиге до сих пор не ясны. При температурах 650—750° С не происходит существенного роста зерна, практически нет вакуумного растравлива­ ния. Поверхностные реакции также, по-видимому, не иг­ рают существенной роли. Действительно, зачистка поверхности после вакуумного отжига не устраняет вред­ ные его последствия. Вакуумный отжиг усиливает ухуд­ шение повторной статики с увеличением толщины листа. Природа ухудшения повторной статики, вероятно, до­ статочно сложна, что следует хотя бы из разного влия­ ния вакуумного отжига на повторную статику сплавов ОТ4 и ОТ4-1 — сплавов одной системы и близкого хими­ ческого состава.

Таким образом, вопрос о целесообразности примене­ ния вакуумного отжига для сплава ОТ4-1 сводится к оценке, что же опаснее для него в данной конкретной конструкции: ухудшение прочности при малоцикловом нагружении или замедленное хрупкое разрушение. Хотя малоцикловая прочность сплава ОТ4-1 после вакуумного отжига хуже, чем в исходном состоянии, но катастрофи­ ческого ее снижения не происходит. Достаточно снизить напряжение с 0,7 до 0,6 ав, чтобы устранить вредное влияние вакуумного отжига.

Замедленное разрушение в сплаве ОТ4-1 при прове­ дении испытаний на надрезанных образцах по схеме Тро-

510