1.Титановые
сплавы, их классификация по структуре отжига и нормализации.
Кβ. подсчитывается как сумма отношений содержаний β-стабилизирующих элементов к их критическим концентрациям Скр..
1.α-сплавы
ВТI –00 BTI-1 BT5 BT5-1, Кβ стаб.≈0
2. Псевдо α-сплавы
ОТ4-0, ОТ4-1 ВТ-4 ОТ4-2, ВТ18 ВТ20
Кβ стаб меньше 0,25; Содержание β-фазы в отожженном состоянии до 5-7%
3. α + β мартенситного класса
ВТ6 ВТ3-1 ВТ8 ВТ9 ВТ 14 ВТ16 ВТ23 ВТ 33
Кβста.= 0,3-0,9
Содержание β-фазы в отожженном состоянии до 20%
4. α + β сплавы переходного класса
ВТ22 ВТ30
Кβстаб.= 1,0-1,4
Β стабильном
состоянии 25-50%β
5. Псевдо β-сплавы
ВТ15 ВТ32, 4201
Кβ>1,6
Вообще, в отличие от мартенсита углеродистых сталей, являющегося раствором внедрения и характеризующегося высокой прочностью и хрупкостью, титановый мартенсит является раствором замещения, и закалка титановых сплавов на мартенсит приводит к небольшому упрочнению и не сопровождается резким снижением пластичности.
2. Влияние легирующих
элементов на полиморфизм титана. Особенности
эвтектоидных превращений сплавов титана.
а) элементы- α-стабилизаторы (а);
б) элементы- β-стабилизаторы («б» изоморфные β-стабилизаторы, «в» эвтектоидообразующие β-стабилизаторы);
в) нейтральные стабилизаторы (г)
Al - основной α-стабилизатор и упрочнитель титановых сплавов по принципу твердорастворного упрочнения. Охупчивание наблюдается при образовании упорядоченной сверхструктуры ≈ Al Ti3.
Не смотря на то, что Al присутствует во всех сплавах титана (повышает прочность, жаропрочность, жаростойкость, модуль упругости) диаграмма Ti-Al полностью не установлена.
На диаграмме, представленной в лекции, Ti3Al - результат упорядочивания α-раствора. На других диаграммах AlTi3 - результат перитектической реакции: β+TiAl(γ)→Ti3Al(α2) или α+TiAl(γ)→Ti3Al.
Приводятся данные, что однородный раствор Ti(Al)существует при комнатной температуре лишь до 1% Al. Далее до 4% Al появляются участки ближнего порядка, еще больше 4-6,5% Al - участки дальнего порядка и области предвыделения α2.
Алюминиды титана - AlTi и Ti3Al - основа новых жаропрочных сплавов.
Сплавы титана с алюминием в области растворимости в α-фазе нельзя закалить с сохранением β-фазы или с получением мартенситной структуры.
Mo – β-стабилизатор, причем очень сильный. Для фиксации β- структуры закалкой достаточно 10% Мо. Он повышает термическую стабильность сплавов, содержащих Сr и Fe.
V – β-стабилизатор Скрит=16 % V. Так же как и Мо не имеет с титаном охруппчивающих интерметаллидов.
Сr - один из основных эвтектоидообразующих β- стабилизаторов Скр.=9 % Сr(т.е. сильнее Мо). Обеспечивает высокий эффект упрочняющей термообработки. Недостаток - распад β-фазы при нагреве β→α+СrTi2, что охрупчивает сплав.
Fe - сильнейший эвтектоидообразующий β-стабилизатор: Скр=6%Fe, однако β-фаза с Fe не стабильна и распадается с течением времени, вызывая хрупкость и хладоломкость при криогенных температурах.
Сu - эвтектоидообразующий β-стабилизатор. Но зафиксировать β- структуру закалкой нельзя: или произойдет распад β→(α+Ti2Сu) или мартенситное превращение β →α′.Можно закалить из α-области с получением α пересыщением с последующим старением: αпер. →αрав.+Ti2Сu Это редкий случай интерметаллидного упрочения без охрупчивания.
Нейтральные упрочнители - Sn-Zr - повышают прочность и жаропрочность без заметного уменьшения пластичности.
При классификации титановых сплавов и оценке влияния л.э. на их структуру часто используют условный коэффициент β- стабилизации - Кβ.
Кβ. подсчитывается как сумма отношений содержаний β-стабилизирующих элементов к их критическим концентрациям Скр..
3. a +b титановые
сплавы. Особенности структурообразования в зависимости от температуры нагрева и
скорости охлаждения.
Кβ. подсчитывается как сумма отношений содержаний β-стабилизирующих элементов к их критическим концентрациям Скр..
α + β срлавы – это сплавы между линиями, ограничивающими α и β области.
1. Псевдо α-сплавы
ОТ4-0, ОТ4-1 ВТ-4 ОТ4-2, ВТ18 ВТ20
Кβ стаб меньше 0,25; Содержание β-фазы в отожженном состоянии до 5-7%
2. α + β мартенситного класса
ВТ6 ВТ3-1 ВТ8 ВТ9 ВТ 14 ВТ16 ВТ23 ВТ 33
Кβста.= 0,3-0,9
Содержание β-фазы в отожженном состоянии до 20%
3. α + β сплавы переходного класса
ВТ22 ВТ30
Кβстаб.= 1,0-1,4
Β стабильном
состоянии 25-50%β
5. Псевдо β-сплавы
ВТ15 ВТ32, 4201
Кβ>1,6
Вообще, в отличие от мартенсита углеродистых сталей, являющегося раствором внедрения и характеризующегося высокой прочностью и хрупкостью, титановый мартенсит является раствором замещения, и закалка титановых сплавов на мартенсит приводит к небольшому упрочнению и не сопровождается резким снижением пластичности.
Псевдо-α сплавы лучше всех штампуются, свариваются, обладают наиболее высокой термической стабильностью.
α+β сплавы отличаются от первой группы α сплавов большой прочностью.
Псевдо – β после закалки имеют хорошую
технологическую пластичность и сравнительно невысокую прочность. После старения
их прочность составляет 1300 1800 МПа.
4. Условия
образования пластинчатых, глобулярных и зернистых структур титановых сплавов.
Тип структуры титановых
сплавов определяется формой α - кристаллов
(первичной фазы т.е. той, которая существует при
температуре нагрева).
Различают: пластинчатую, переходную, глобулярную и зернистую структуру.
Пластинчатая (β-превращеная) структура Формируется при отжиге или деформации в β- области. Сформировавшаяся при такой температуре β-зерна при охлаждении декарируются прослойками α-фазы и претерпевают β→α распада с образованием пластин α фазы, собраные в пачки. Диаметр β-зерна, размер пачек и толщина пластин - характеристики этой структуры.
Глобулярная структура формируется после пластической деформации и отжига в α+β области. В результате рекристаллизации α фаза (первичная) преобретает глобулярную форму. Эти зерна окаймлены участками β-фазы и β- превращенной структурой.
Переходная форма формируется после деформации в α+β области, если процессы коалисценции не устранили еще пластинок (изогнутых) первичной α фазы.
Зернистая структура характерна для α и псевдо α сплавов после пластической деформации и раскристаллизации в α области.
5.
Стабильные и метастабильные фазы титановых сплавов, их строение и условия
образования.
В зависимости от одержания β стабилизаторов при закалке сплавов из β-области могут образоваться следующие фазы.
В бедных сплавах:
β→ α′, фаза мартенситного типа с ГПУ решеткой. В более легированных сплавах с β изоморфными элементами
β→ α″ , фаза мартенситного типа с ромбической решеткой.
В еще более богатых сплавах:
β→ ω тоже фаза формирующая за счет закономерных сдвигов, но не дающая рельефа на поверхности. Гексагональная решетка, мартенсит особого типа.
Превращения β→α и β→α″ происходят в интервале Мн-Мк, а β→ ω никогда не доходит до конца:
β →β+ω и оставшаяся β-фаза при комнатной температуре при пластической деформации может перейти в ω. ω-фаза часто рассматривается как ω-состояние.
Структуры закаленных сплавов определяют по диаграммам фазового состава закаленных сплавов.
Структуры, формирующиеся при отпуске закаленных сплавов титана.
В закаленных сплавах могут присутствовать метастабильные фазы: α′, α″, β нестаб.,ω- фаза.
Распад α′ приводит к уменьшению твердости, а α″ - к росту.
Распад мартенситных фаз титановых сплавов может осуществляться в несколько стадий по различным механизмам. Например:
Распад α″ фазы может происходить по схемам
1. α″→β+ α″обеднен.→ β+ α′ → β+ α
2. α″→α+α″обогащен.→ α +βнер→α+β
3.По механизму спинодального распада образуются области, обедненные и обогащенные β-стабилизатором α″→ α″обогащ.+ α″обеднен. → β нерав. + α →α +β
4. В начале при нагреве происходит обратное мартенситное превращение α″ →β→ α+β
Распад метастабильной β-фазы может происходить по следующим схемам:
1). β→ β + α′ → β+ α
2). β→ β+ α″ (α′)
3).β → β+ ω
4). β → βобог.+ βобед.
5). β → β+ α2упорядоч. β → β+ βупорядоч.
α′ -мартенсит с гексагональной решеткой HB и σα’, > HB и σα;
α′′ - ромбическая решетка - мягкий
мартенсит, хотя и более пересыщенный твёрдый раствор, чем в
α′;
α' и α″ имеют пластинчатое строение, при закалке располагаются в прослойках между пластинами первичной α фазы;
α′′ - отличается более тонким рельефом и дисперсностью игл;
ω - фаза мартенситного типа, может образоваться при закалке β-фазы, не имеет пластинчатого строения - это мелкие равноосные частицы
(куб, сфера, эллипс);
↑ ω растет с увеличением β-стабилизаторов и Т закалки;
ω- охрупчивает, ее избегают;
ω- фаза и при старении β→ β+ω?
Al Sn Zr-подавляют образование ω фазы при закалке.
