Фазовые превращения в титановых сплавах

Алюминий, азот и кислород повышают температуру полиморфного превращения α↔β, расширяют область твердых растворов на основе α -титана и таким образом являются α -стабилизаторами. Учитывая охрупчивающее действие азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Алюминий является основным упрочняющим легирующим элементом, к тому же имеющим малую плотность. Поэтому он обычно присутствует в большинстве титановых сплавов.

Большинство легирующих элементов (Mo, V, Mn, Fe, Cr и др.), наоборот, понижает температуру полиморфного (α↔β)-превращения и расширяют область существования твердых растворов на основе β -Ti, являясь β-стабилизаторами.

Полиморфное (α↔β)-превращение может идти двумя путями. При медленном охлаждении и высокой подвижности атомов оно происходит по обычному диффузионному механизму, а при большом переохлаждении и быстром охлаждении — по бездиффузионному мартенситному механизму. При медленном охлаждении образуется структура, обозначаемая как α' или при большей степени легированности — α ". Кристаллическая структура в обоих случаях практически одинакова (гексагональная плотноупакованная решетка), однако решетка пересыщенных твердых растворов мартенситного типа более искажена при высокой скорости охлаждения. При старении из α'- и а"-фаз выделяется β -фаза или интерметаллидная фаза. По мере увеличения концентрации β -стабилизаторов втитановых сплавах происходит снижение температуры начала мартенситного (β→α) -превращения (рис. 3).

Когда температура мартенситного превращения становится ниже комнатной, а содержание легирующего элемента превышает критическую точку, закалка фиксирует переохлажденную неустойчивую β -фазу.

Рис. 3. Влияние легирующих элементов на температуру начала мартенситного превращения

В результате высокотемпературного старения из такого твердого раствора выделяется дисперсная α -фаза, повышающая прочность при сохранении достаточной пластичности.

Титановые сплавы подвергают термической обработке — отжигу, закалке и старению, а также химико-термической обработке.

Отжиг титановых сплавов проводят после холодной деформации при температуре 700-800 °С. Превращения при закалке и старении в титановых сплавах впринципе похожи на соответствующие превращения в стали. Однако из-за того, что мартенсит в титановых сплавах мало отличается по прочности от равновесной α -фазы, столь существенного упрочнения, как в сталях, в титановых сплавах не происходит. В результате фазовой перекристаллизации происходит измельчение зерен, что положительно сказывается на пластических свойствах титановых сплавов.

Они обладают низкими антифрикционными свойствами. Для повышения износостойкости их подвергают азотированию. Азотирование проводят в среде газообразного азота при температуре около 900 °С и длительности процесса до 50 ч.

Азотирование повышает поверхностную твердость, износостойкость и жаропрочность. Для уменьшения хрупкости азотированного слоя проводят вакуумный отжиг заготовок при температуре 800-900 ºС.

Для повышения жаростойкости титановые сплавы подвергают силицированию.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: