Фазовые превращения в титановых сплавах
Рис. 3.11. Схема фазовых превращений при отжиге и закалке титановых
сплавов (легированных β - стабилизаторами)
Равновесными фазами на диаграммах «титан-легирующий элемент» являются твердые растворы на основе α - Ti и β-Ti, интерметаллические соединения и эвтектоиды. При охлаждении из β - области полиморфные превращения могут протекать по диффузионному механизму (медленное охлаждение) и по бездиффузионному механизму (во время закалки): Ti β → Tiα. На рис. 3.11 дана схема диаграммы состояния титан – β - стабилизатор. Верхнюю температуру полиморфного превращения, соответствующую переходу от (α + β) к β - фазе обозначают Тпп (температура полного полиморфного превращения) или Ас1.
Кроме границ равновесных фаз на этой диаграмме обозначены температуры начала (Мн) и конца (Мк) мартенситного превращения.
При медленном охлаждении из β – области β – фаза претерпевает полиморфное превращение (при содержании легирующего элемента менее С2), в результате которого при комнатной температуре сплавы могут иметь фазовый состав: α (при содержании легирующего элемента менее С1); α + β (при содержании легирующего элемента в интервале от С1 до С2).
В сплавах с концентрацией легирующего элемента более С2 – β-фаза не претерпевает превращений.
При охлаждении из β - области сплавов состава С1 - С2 со скоростью выше критической (закалка) происходит полиморфное сдвиговое превращение с образованием мартенсита.
|
|
|
Мартенсит в титановых сплавах в зависимости от концентрации и типа легирующего элемента может быть двух типов: α' и α":
– α¢ - не пересыщенный твердый раствор замещения с гексагональной решеткой.
– α¢¢ - пересыщенный твердый раствор замещения с ромбической решеткой; имеет пониженную прочность и повышенную пластичность.
В титановых сплавах может образовываться также третий тип мартенсита – w - фаза, пересыщенный твердый раствор замещения с гексагональной решеткой; w - фаза является хрупкой и значительно снижает пластические свойства сплавов, поэтому при термообработке стремятся избежать ее образования. В основном, это достигается при выборе температуры старения; она должна находиться в пределах 500 – 600ºС
Существенно, что все три мартенситных превращения в титановых сплавах происходят в условиях очень небольших объёмных изменений, и поэтому эффект от фазового наклепа в сплавах титана намного меньше, чем в сплавах железа, и не вызывает заметного упрочнения.
В зависимости от химического состава титановые сплавы в результате закалки могут иметь различные структуры (рис.3.11):
|
|
|
1. Мартенсит – в сплавах состава С1 – С΄, у которыхМн находится выше комнатной температуры.
2. β΄ - фаза – в сплавах состава С΄΄– С2, в которых нет мартенситного превращения.
3.Двухфазная матричная структура – мартенсит + β΄ – в сплавах С΄ – С΄, у которых точка Мн находится ниже комнатной температуры.
Фазы α¢¢ и β΄как пересыщенные твердые растворы при нагреве в процессе старения распадаются с образованием высокодисперсных α - и β - фаз, что приводит к упрочнению.
Термическая обработка титановых сплавов
Титановые сплавы в зависимости от химического состава и назначения подвергают различным видам отжига, закалке и старению, химико-термической обработке. Для нагрева используют вакуумное оборудование, что предотвращает наводораживание сплавов.
Отжиг. Отжиг для снятия напряжений проводится при температурах - 400 – 500ºС (ниже Ас1); отжиг рекристаллизационный после холодной деформации для снятия наклепа – при 800 – 850°С (ниже Ас3, т.к. в β области происходит сильный рост зерна).
Особенность титановых сплавов состоит в том, что, в отличие от сталей, отжиг является основным видом термообработки и при образовании гетерофазных структур обеспечивает достаточный уровень прочности.
|
|
|
Закалка и старение применяются только к сплавам с (α + β) структурой. Закалка с охлаждением в воде может быть проведена после нагреве в β или (α + β)области. В последнем случае α - фаза не претерпевает превращений, а из β-фазы образуется один из трёх видов мартенсита или метастабильная β΄- фаза (в зависимости от легирования). Закалка и старение вызывают значительное упрочнение по сравнению с отожжённым состоянием, но сопровождается существенным снижением пластичности. Кроме того титановые сплавы имеют невысокую прокаливаемость, поэтому закалка на мартенсит применяется ограниченно, только для деталей небольших размеров.
Более предпочтительной является закалка на β΄- фазу, когда прокаливаемость не имеет значения, и нет ограничений по размерам детали.
Химико - термическая обработка титановых сплавов имеет целью упрочнение поверхности с целью повышения износостойкости (азотирование) или повышения жаростойкости (силицирование – насыщение Si) или напыление нитрида титана.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 330; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!