Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Термообработка титановых сплавов

Титановые сплавы подвергают рекристаллизационному отжигу и отжигу с фазовой перекристаллизацией, а также закалке и старению. Для повышения износостойкости и задиростойкости титановые сплавы подвергают азотированию или оксидированию.

Рекристаллизационный отжиг применяют для α-сплавов титана для снятия наклепа после их холодной обработки давлением. Температура рекристаллизациоииого отжига 520- 850°С в зависимости от химического состава сплава (легирующие элементы повышают температуру рекристаллизации) и вида полуфабриката (более низкая температура для листов, более высокая для прутков, поковок, штампованных деталей).

Отжиг с фазовой перекристаллизацией применяют для (α+β) сплавов с целью снижения твердости, повышения пластичности, измельчения зерна, устранения структурной неоднородности. Применяют простой, изотермический и двойной отжиг; температура нагрева при отжиге 750-950°С (в зависимости от сплава).

При простом отжиге (α+β) сплавов их нагревают до температуры отжига, выдерживают и медленно охлаждают. Образующаяся при нагреве β-фаза (иногда с остаточной α-фазой) при медленном охлаждении распадается с выделением α-фазы, в результате чего образуется структура α и β-фаз, близкая к равновесной.

При изотермическом отжиге после выдержки при температуре отжига детали охлаждают до 500-650°С (в зависимости от сплава) в той же печи или переносят в другую печь и выдерживают определенное время, необходимое для распада β-фазы, и охлаждают на воздухе. При изотермическом отжиге сокращается продолжительность отжига, а пластичность получается более высокой.

При двойном отжиге детали нагревают до температуры отжига, выдерживают и охлаждают на воздухе. Затем повторно нагревают до 500-650°С, выдерживают и охлаждают на воздухе. Двойной отжиг по сравнению с изотермическим отжигом повышает предел прочности при незначительном снижении пластичности и сокращает длительность обработки. При двойном отжиге распад β - фазы происходит при охлаждении на воздухе от температуры первого отжига и в процессе второго отжига, который в данном случае является фактически старением; образующиеся мелкодисперсные продукты распада упрочняют сплав.

Титановые сплавы, содержащие β-стабилизатор, подвергают упрочнению термической обработкой - закалкой и старением. Схема превращений при закалке титановых сплавов в зависимости от содержания β-стабилизатора приведена на рис. 44.

При закалке титановых сплавов в зависимости от содержания β-стабилизатора образуются неравновесные фазы α' α" ω. Их называют мартенситными т.к. эти фазы образуются из β - фазы в результате бездиффузионного (мартенситного) превращения.

Фаза α' представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в α-титане. Она как и α-фаза, она имеет гексагональную кристаллическую решетку (несколько искаженную подобно мартенситу в сталях) и игольчатую микроструктуру; по сравнению с α-фазой β'-фаза несколько тверже и прочнее она образуется в титановых сплавах с малой концентрацией легирующих элементов. Фаза α" представляет собой, подобно α'-фазе, пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в α-титане, но по сравнению с α'-фазой более пересыщена, так как образуется в сплавах с большей концентрацией легирующих элементов. Кристаллическая решетка α"-фазы ромбическая. Эта фаза образуется только в титановых сплавах, легированных такими элементами как (Mo, V, Nb и др.), атомные радиусы которых близки к атомному радиусу титана. Как и α'-фаза, она имеет игольчатое строение, а твердость и прочность ее значительно ниже.

Фаза ω представляет собой соединение электронного типа с искаженной гексагональной кристаллической решеткой, когерентно связанной с решеткой β-фазы. Подобно α'- и α"-фазам превращение β - ω происходит без диффузионным путем, но образующаяся структура не имеет игольчатого строения. При наличии ω-фазы повышается твердость, но резко снижается пластичность сплавов, поэтому следует применять режимы, исключающие образование при термической обработке ω-фазы, охрупчивающей сплав. Нестабильная β-фаза (βм), фиксируемая с высокой температуры

Превращения, происходящие в титановых сплавах с различным содержанием β - стабилизатора при быстром охлаждении (закалке) от температуры выше линии Ас₃ при которой сплавы имеют структуру устойчивой β–фазы зависят от концентрации β-стабилизаторов.

При концентрации β-стабилизатора меньше концентрации точки с₁ на линии Мн в сплавах начинается и на линии Мк заканчивается мартенситное превращение β - фазы в α' - фазу.

При концентрации β - стабилизатора от точки с₁ до точки с₂ вместо α'-фазы образуется α"-фаза и это превращение начинается в сплаве II-II при температуре t3 и заканчивается при температуре t4.

Рис. 44. Схема превращений при закалке титановых сплавов

в зависимости от содержания β-стабилизатора

При концентрации β-стабилизатора от точки с₂ до точки с_кр мартенситное превращение при понижении температуры не заканчивается. Следовательно, β - фаза только частично превращается в β"-фазу и образуется структура α"+β. Сохранившаяся β - фаза является нестабильной βм.

При концентрации β-стабилизатора от точки с_кр до точки с₃ при закалке внутри β-твердого раствора образуется ω-фаза. Это превращение никогда не доходит до конца, и поэтому сплав состоит из βм+ω. При концентрации β-стабилизатора от точки с₃ до точки с4 при закалке фиксируется нестабильная β-фаза. При концентрации β - стабилизатора больше точки с₄ сохраняется стабильная β - фаза.

При закалке титановых сплавов от температур ниже линии т.е. из (α+β)-области, в β-фазе произойдут те же превращения, но в структуре сохранится также еще и α - фаза.

, представляет собой пересыщенный твердый раствор на основе β-титана.

Образовавшиеся в результате закалки метастабильные фазы α', α", ω и βм при последующем нагреве переходят в более стабильные дисперсные структуры. На процесс старения и получаемые при этом результаты влияют состав сплава, его структура после закалки, температура и длительность старения.

При старении α-сплавов со структурой после закалки α'-фазы происходит превращение α'→ α.

При старении (α+β) - сплавов в зависимости от структуры, полученной после закалки, происходят следующие превращения:

α'(α") → α+β

α"+βм → α+β

βм+ω → α+β

Изменение структуры сплавов при старении, как результат распада мартенситных фаз и пересыщенного твердого вызывает упрочнение сплава. Наибольший эффект упрочнения получается при распаде α" и βм-фазы (рис.45).

Рис.45.Изменение прочности титановых сплавов после закалки с температуры Т1 (1), старения (3) и суммарный эффект от термообработки (2)

Закалка и старение α-сплавов (ВТ5) и псевдо- α сплавов (ОТ4 и др.) почти не изменяют механических свойств, и поэтому сплавы этой группы подвергают только отжигу. Закалкой и старением (α+β)-сплавов (ВТЗ-1, ВТ6, ВТ8 и др.) можно получить значительное упрочнение. Эти сплавы закаливают из двухфазной (α+β)-области (800-920°С в зависимости от сплава) и подвергают старению при температурах 450-550°С от 2 до 16 ч. С повышением температуры закалки увеличивается прочность и снижается пластичность. Хорошее сочетание прочности и пластичности достигается старением при 500 -550° С. Например, сплав ВТЗ-1 после закалки в воде от 835°С и последующего старения при 500°С имеет σ_в = 1500 МПа, δ = 7%, ψ = 17%.

Из всех видов химико-термической обработки титановых сплавов наибольшее распространение получило азотирование, осуществляемое в среде азота или в смеси азота и аргона при температурах 850-950°С в течение 10-50 час. Микроструктура азотированного слоя состоит из хрупкой зоны нитридов на поверхности толщиной 5-20 мкм и глубже расположенной зоны твердого раствора азота в α-титане толщиной 0,1- 0,15 мм с твердостью HV 800-1000. Хрупкую поверхностную нитридную зону удаляют шлифованием.

Детали из титановых сплавов после азотирования обладают хорошими антифрикционными свойствами, повышенным пределом выносливости, коррозионной стойкостью и высокой износостойкостью.

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 19 202122 23 24 Следующая ⇒