Главная Промышленность Химический состав (ГОСТ 19807-74), структура и механические свойства наиболее распространенных деформируемых сплавов приведены в табл. 13.2. К сплавам с а-структурой относятся сплавы титана с алюминием (ВТ5), а также сплавы, дополнительно легированные оловом или цирконием (ВТ5-1). 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: неупрочняем ость термической обработкой и низкая технологическая пластичность. Сплавы с оловом более технологичны, но это самые дорогие из а-сплавов (см. приложение, табл. 2). 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-а-сплавы имеют преимушественно а-структуру и небольшое количество р-фазы (1-5 %) вследствие дополнительного легирования р-стабилизаторами: Мп, V, Nb, Мо и др. Сохраняя достоинства а-сплавов, они, благодаря наличию р-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 раство- ряясь в Ti„, повышает температуру рекристаллизации. Кроме того, он способствует увеличению растворимости Р-стабилизаторов в а-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 а-фазе. Поэтому псевдо-а-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 а-фазе и присутствует в структуре в виде гидридов, которые снижают пластичность, особенно при медленном нагружений, и вязкость сплавов (рис. 13.9). Допустимое содержание водорода колеблется в пределах 0,02-0,005%. Двухфазные (а -\- Р)-сплавы обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Эти сплавы легированы в основном алюминием и 3-стабилизаторами. Необходимость легирования алюминием обусловлена тем, что он значительно упрочняет а-фазу при 20 °С и повышенных температурах, тогда как Р-стабилизаторы мало растворимы в этой фазе и потому не оказывают существенного влияния на ее 0,001 0,005 0,01 0,050,10,2Н,% Рис. 13.9. Влияние водорода на ударную вязкость титановых сплавов свойства. Особо ценным для этих сплавов является способность алюминия увеличивать термическую стабильность Р-фазы, поскольку эвтектоидообразую-шие р-стабилизаторы, наиболее эффективно упрочняющие сплавы, вызывают склонность этой фазы к эвтектоидному распаду. Кроме того, алюминий снижает плотность (а + р)-сплавов, что позволяет удерживать ее приблизительно на уровне титана, несмотря на присутствие в этих сплавах элементов с большой плотностью V, Сг, Мо, Fe и др. Устойчивость Р-фазы и термическую стабильность сплавов сильно повышают изоморфные Р-стабилизаторы: Мо, V, Nb. На свойства они влияют по-разному. Как видно из рис. 13.5, 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 Рчггабилизаторами; Fe, Сг, Мп. Поэтому двухфазные промышленные сплавы содержат и те и другие р-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 р-фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке. По структуре, получаемой в (a-F -I-Р)-сплавах после закалки, их подразделяют на два класса: мартенситный и переходный (рис. 13.10). Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат сравнительно немного р-фазы (5-25%). После закалки они имеют структуру мартенсита а (или а"). К этому классу относятся сплавы титана с алюминием и ванадием (ВТ6), высокопрочные сплавы, дополнительно легиро- элемент
Рис. 13.10. Структура титановых сплавов в отожженном и закаленном состояниях: / - переходный класс; 2 - мартенситный класс ванные молибденом (ВТ14, ВТ16), и сплавы для работы при повышенных температурах (ВТ25, ВТЗ-1). Сплавы переходного класса более легированы и соответственно имеют больше Р-фазы в равновесной структуре и после отжига (25-50%). Структура и свойства этих сплавов очень чувствительны к колебаниям химического состава. Так, после закалки из р-состояния можно получить однофазную Р или двухфазную (а"- и Р) структуру. Наличие большого количества Р-фазы (например, структура сплава ВТ22 состоит на 50% из р-фазы) обеспечивает сплавам переходного класса самую высокую прочность среди (а -F Р)-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. Коэффициент К сплава ВТ22 равен 69,5-82,2 МПам* сплава ВТ6- 82,2 -94,8 МПа-м Это позволяет применять сплавы переходного класса как в закаленном и состаренном, так и в отожженном состояних, 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 а- и псевдо-а-сплавы, поскольку водород обладает большей растворимостью в Р-фазе. (а --+ Р)-сплавы куются, штампуются и прокатываются легче, чем сплавы с а-структурой. Они поставляются в виде поковок, штамповых заготовок, прутков, листов, ленты. Однофазные Р-сплавы не имеют промышленного применения, так как для получения устойчивой Р-структуры сплавы должны быть легированы большим количеством изоморфных Р-стаби-лизаторов (V, Мо, Nb, Та)-дорогих, дефицитных, обладающих высокой плотностью. Такие сплавы дорого стоят, имеют пониженную удельную прочность. Псевдо-Р-сплавы (ВТ15)-сплавы высоколегированные, в основном, р-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 Р-структуру с небольшим количеством а-фазы. После закалки они имеют структуру метастабильной Р-фазы. В этом состоянии сплавы обладают хорошей пластичностью (6 = 12-40%; vl/%30-60%), легко обрабатываются давлением, имеют сравнительно невысокую прочность (а « 650 -г- 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/м. Сплавы отли- чаются 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 ВТ15. Сплав выпускается в виде листов, полос, Прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 °С. Литейные титановые сплавы. Сплавы имеют хорошие литейные свойства. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает им высокую жидкотекучесть и хорошую плотность отливки. Они обладают малой склонностью к образованию горячих трещин и небольшой линейной усадкой (1%). Объемная усадка составляет около 3%. К недостаткам литейных титановых сплавов относятся большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами. Поэтому их плавку и разливку ведут в вакууме или в среде нейтральных газов. Для получения крупных фасонных отливок (до 300-500 кг) используют чугунные и стальные формы, мелкие детали отливают в оболочковые формы, изготовленные из специальных смесей. Для фасонного литья применяют сплавы, аналогичные по химическому составу некоторым деформируемым (ВТ5Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литейные сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующие деформируемые. Упрочняющая термическая обработка резко снижает пластичность литейных титановых сплавов и поэтому не применяется. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |