Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов

Полькин И.С.

Металлургия, 1984 г.

ОБРАЗОВАНИЕ ОХРУПЧИВАЮЩИХ ФАЗ

При повышении степени легирования усложняются схемы распада метастабильного β -раствора, зафиксированного закалкой, что затрудняет выбор оптимального режима термообработки. При температурах старения 100—150 °С в этих сплавах начинает образовываться ω -фаза, сильно упрочняющая и охрупчивающая материал, при более высоких температурах появляется ромбический мартенсит а", распад которого с выделением дисперсной α-фазы может также вызывать снижение пластичности- В сплавах с высоким содержанием хрома при длительных выдержках образуется ин-терметаллид Τi Сr₂, охрупчивающий материал.

УСЛОЖНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СЛИТКОВ

Следует остановиться на технологических трудностях производства полуфабрикатов из высоколегированных сплавов. Повышение степени легирования сплавов -стабилизаторами вызывает трудности введения большого количества таких элементов, как ванадий, молибден, хром, имеющих высокую температуру плавления. Приходится считаться с нарастающим из года в год дефицитом тугоплавких металлов — основных легирующих элементов высокопрочных сплавов.

Легирование титана β -стабилизаторами приводит к существенному снижению температуры полиморфного превращения. В связи с этим деформацию высоколегированных титановых сплавов приходится проводить в β· области, где происходит резкий рост зерна, снижающий пластичность.

Опыт производства большой номенклатуры полуфабрикатов из высоколегированных титановых сплавов показал, что отличительной особенностью этих сплавов является сильное наследственное влияние технологии изготовления полуфабриката, которое в ряде случаев приводит к получению чрезвычайно низких неоднородных характеристик пластичности. Сильное влияние технологических факторов обусловлено высокой чувствительностью механических свойств высоколегированных сплавов к получаемой структуре.

В последнее десятилетие появилось большое количество работ, посвященных оценке работоспособности титановых сплавов в конструкции, из которых следовало, что наиболее правильно оценивать ее по показателям вязкости разрушения , скорости развития трещины (СРТ) и усталостным характеристикам. Тем не менее исследований по оценке взаимосвязи этих характеристик со структурой и механическими свойствами высокопрочных сплавов пока проведено недостаточно.

Проблема повышения работоспособности и стабильности высоколегированных титановых сплавов в термически упрочненном состоянии может быть решена на основе изучения закономерностей изменения структуры 0-фазы при горячей реформации, исследования особенностей фазовых превращений при упрочняющей термической обработке сплавов с различной дислокационной структурой β -фазы и оценки возможности получения на этой основе выделений α-фазы с регламентированными морфологией и строением, обеспечивающими оптимальное сочетание значений прочности, пластичности и характеристик работоспособности.

Таким образом, основными преимуществами высоколегированных α + β-титановых сплавов можно считать: повышенную способность к упрочнению при термической обработке, способность при равной со среднелегированными двухфазными сплавами типа ВТ6 высокой прочности обладать более высокой пластичностью и хорошей прокаливаемостью.

У высоколегированных сплавов, как и у низко- и среднелегированных, сохраняется хорошая корреляция между параметрами структуры и механическими свойствами.

Наряду с положительными качествами сплавы с повышенным содержанием β-стабилизаторов имеют и недостатки: образование дисперсных α-фаз и интерметаллидов, резко снижающих пластичность; необходимость введения большого количества тугоплавких элементов; снижение температуры полиморфного превращения, приводящее к росту зерна при нагреве под горячую деформацию, а также сильное влияние технологических факторов на изменение уровня и однородности пластических характеристик.

Недооценка перечисленных выше особенностей, а также отсутствие критериев оценки работоспособности сплавов ранее приводили к определенным трудностям при изготовлении полуфабрикатов и их дальнейшем использовании.

9. РЕЖИМЫ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ

В настоящее время масштабы промышленного применения упрочняющей термической обработки полуфабрикатов из титановых сплавов недостаточно высоки. Необходимость строгой регламентации структуры перед упрочняющей термической обработкой, детальное изучение характеристик работоспособности материалов с различным уровнем прочности, а также некоторые технологические факторы, такие, как коробление, окисление и трудная механическая обрабатываемость деталей в термически упрочненном состоянии, — все это было серьезным препятствием к широкому ее внедрению.

Вместе с тем применение упрочняющей термической обработки увеличивается из года в год.

Режимы закалки и старения были разработаны для всех групп титановых сплавов₍разработаны экспериментально достаточно давно, и отражают случаи наиболее оптимального сочетания временного сопротивления и пластичности сплавов (табл. 12).

Соотношения между температурой нагрева под закалку и температурой полного полиморфного превращения для различных сплавов даны в табл. 13.