Деформируемые титановые сплавы.

Химический состав, структура и механические свойства наиболее распространенных деформи­руемых сплавов приведены в ГОСТ 19807-74.

К сплавам с α-структурой относятся сплавы титана с алюминием (BT5), а также сплавы, дополнительно легиро­ванные оловом или цирконием (BT5-1). Они характеризуются средней проч­ностью при 20°С, высокими механиче­скими свойствами при криогенных и по­вышенных (450-500 °С) температурах. Сплавы имеют высокую термическую стабильность свойств и обладают от­личной свариваемостью. Прочность сварного шва составляет 90% прочно­сти основного сплава. Обрабатывае­мость резанием удовлетворительная.

Недостатки сплавов: неупрочняемость термической обработкой и низкая тех­нологическая пластичность.

Сплавы с оловом более технологичны, но это самые дорогие из α-сплавов. В горячем состоянии сплавы куют, прокатывают и штам­пуют. Их поставляют в виде прутков, сортового проката, поковок, труб и про­волоки. Сплавы предназначены для из­готовления деталей, работающих в ши­роком диапазоне температур: от крио­генных до 450 (ВТ5)-500°С (ВТ5-1).

Псевдо-α-сплавы имеют преимуще­ственно α-структуру и небольшое коли­чество β-фазы (1-5%) вследствие допол­нительного легирования β-стабилизато- рами: Мn, V, Nb, Мо и др. Сохраняя достоинства α-сплавов, они, благодаря наличию β-фазы, обладают высокой технологической пластичностью.Сплавы с низким содержанием алюми­ния (2-3%) обрабатываются давлением в холодном состоянии и только при из­готовлении сложных деталей подогре­ваются до 500—700 °С (ОТ4, ОТ4—1). Сплавы с большим содержанием алю­миния при обработке давлением тре­буют подогрева до 600-800 °С. На проч­ность этих сплавов помимо алюминия благоприятно влияют цирконий и крем­ний. Цирконий, неограниченно раство­ряясь в Ti_α, повышает температуру ре­кристаллизации. Кроме того, он способ­ствует увеличению растворимости β- стабилизаторов в α-фазе, что вызывает рост прочности как при 20 °С, так и при высоких температурах. В тех же усло­виях кремний повышает прочность в ре­зультате образования тонкодисперсных силицидов, трудно растворимых в α-фа- зе. Поэтому псевдо-α-сплавы с содержа­нием алюминия 7-8%, легированные Zr, Si, Мо, Nb, V (ВТ20), используют в изде­лиях, работающих при наиболее высо­ких (среди титановых сплавов) темпера­турах.

Недостаток этих сплавов-склонность к водородной хрупкости. Водород мало растворим в α-фазе и присутствует в структуре в виде гидридов, которые снижают пластичность, особенно при медленном нагружении, и вязкость сплавов. Допустимое содер­жание водорода колеблется в пределах 0,02-0,005%.

Двухфазные (α+β)-сплавы обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Эти сплавы ле­гированы в основном алюминием и β- стабилизаторами. Необходимость леги­рования алюминием обусловлена тем, что он значительно упрочняет α-фазу при 20 °С и повышенных температурах, тогда как β-стабилизаторы мало рас­творимы в этой фазе и потому не оказывают существенного влияния на ее свойства. Особо ценным для этих спла­вов является способность алюминия увеличивать термическую стабильность β-фазы, поскольку эвтектоидообразующие β-стабилизаторы, наиболее эффек­тивно упрочняющие сплавы, вызывают склонность этой фазы к эвтектоидному распаду. Кроме того, алюминий снижает плотность (α+β)-сплавов, что позво­ляет удерживать ее приблизительно на уровне титана, несмотря на присутствие в этих сплавах элементов с большой плотностью V, Сг, Mo, Fe и др. Устой­чивость β-фазы и термическую стабиль­ность сплавов сильно повышают изо­морфные β-стабилизаторы: Mo, V, Nb. На свойства они влияют по-разному.

Сильнее упроч­няет Мо, особенно при содержании его в сплаве более 4%. Слабее упрочняют V и Nb, но они мало снижают пластич­ность сплавов. Однако наибольшее упрочнение достигается при легирова­нии титана эвтектоидообразующими β-стабилизаторами; Fe, Сг, Мn. Поэто­му двухфазные промышленные сплавы содержат и те и другие β-стабилиза­торы. Сплавы упрочняются с помощью термической обработки-закалки и ста­рения. В отожженном и закаленном со­стояниях они имеют хорошую пластич­ность, а после старения - высокую проч­ность при 20-25°С и повышенных тем­пературах. При этом, чем больше β- фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожженном состоя­нии и сильнее упрочняется при термиче­ской обработке.

По структуре, получаемой в (α+β)-сплавах после закалки, их подраз­деляют на два класса: мартенситный и переходный.

Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат сравнительно немного β-фазы (5-25%). После закалки они имеют структуру мартенсита α' (или α"). К это­му классу относятся сплавы титана с алюминием и ванадием (ВТ6), высоко­прочные сплавы, дополнительно легиро­ванные молибденом (ВТ 14, ВТ 16), и сплавы для работы при повышенных температурах (ВТ25, ВТЗ-1).

Сплавы переходного класса более ле­гированы и соответственно имеют боль­ше β-фазы в равновесной структуре и после отжига (25-50%). Структура и свойства этих сплавов очень чувстви­тельны к колебаниям химического со­става. Так, после закалки из β-состояния можно получить однофазную β' или двухфазную (α"- и β') структуру. На­личие большого количества β-фазы (например, структура сплава ВТ22 со­стоит на 50% из β-фазы) обеспечивает сплавам переходного класса самую вы­сокую прочность среди (α+β)-сплавов как в отожженном, так и в закаленном состояниях. Так, временное сопротивле­ние сплава ВТ22 после отжига имеет те же значения, что у сплава ВТ6 после за­калки и старения. Это позволяет применять сплавы переходно­го класса как в закаленном и состарен­ном, так и в отожженном состояниях, что очень важно при изготовлении крупно­габаритных деталей.

Двухфазные сплавы удовлетворитель­но обрабатываются резанием и свари­ваются. После сварки требуется отжиг для повышения пластичности сварного шва. Они меньше склонны к водород­ной хрупкости, чем α- и псевдо-α- сплавы, поскольку водород обладает большей растворимостью в β-фазе. (α+β) сплавы куются, штампуются и прокатываются легче, чем сплавы с α- структурой. Они поставляются в виде поковок, штамповых заготовок, прут­ков, листов, ленты.

Однофазные β-сплавы не имеют про­мышленного применения, так как для получения устойчивой β-структуры сплавы должны быть легированы боль­шим количеством изоморфных β-стаби- лизаторов (V, Мо, Nb, Та)-дорогих, де­фицитных, обладающих высокой плот­ностью.Такие сплавы дорого стоят, имеют пониженную удельную прочность.

Псевдо-β-сплавы (ВТ 15)-сплавы вы­соколегированные, в основном, β-стабилизаторами. Суммарное количество ле­гирующих элементов, как правило, пре­вышает 20%. Наиболее часто для леги­рования используют Мо, V, Сг, реже- Fe, Zr, Sn. Алюминий присутствует по­чти во всех сплавах, но в небольших ко­личествах (~ 3 %). В равновесном со­стоянии сплавы имеют преимуществен­но β-структуру с небольшим количе­ством α-фазы.

После закалки они имеют структуру метастабильной β'-фазы. В этом состоя­нии сплавы обладают хорошей пластич­ностью (δ = 12÷40%; ψ≈30÷60%), легко обрабатываются давлением, имеют сравнительно невысокую проч­ность (σв= 650÷ 1000 МПа). В зависи­мости от химического состава времен­ное сопротивление после старения со­ставляет 1300-1800 МПа. У некоторых сплавов временное сопротивление при старении увеличивается более чем в 1,5 раза. Плотность этих сплавов находится в интервале (4,9-5,1) т/м³. Сплавы отли­чаются высокой удельной прочностью, обладают низкой склонностью к водо­родной хрупкости, удовлетворительно обрабатываются резанием.

Недостатки сплавов: чувствительность к примесям кислорода и углерода, которые вызы­вают снижение пластичности и вязко­сти, пониженная пластичность сварных швов и низкая термическая стабиль­ность.

Наибольшее распространение в про­мышленности получил сплав ВТ 15. Сплав выпускается в виде листов, полос, прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 °С.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: