Сплавы на основе титана Чистый титан пластичен и мягок, как медь в 220 мпа
 Скачать 2.65 Mb.
|
|
Сплавы на основе титана Чистый титан пластичен и мягок, как медь (в = 220 МПа, Относительное удлинение = 5 5% , относительное сужение = 80 %. Титан, как и железо, имеет две аллотропические разновидности: альфа-Ti, существующий до 882 °С с гексагональной решеткой, и бета-Ti, существующий от 882 °С до температуры плавления (1670 °С), с объемноцентрированной кубической решеткой. Влияние элементов на аллотропию титана показано на рис 1 . Многие элементы, ограниченно растворимые в титане, приводят к появлению эвтектоидных превращений( см рис 1). Легирующие элементы подразделяют на альфа-стабилизаторы (А1, В, О, N, С) и бета-стабилизаторы (Мо, Fe, Сг, Мп, V)  Рисунок 1 Влияние различных элементов на аллотропию титана. Применение старения позволяет получать различные сочетания прочности и пластичности. Наряду с высокой прочностью наиболее выдающаяся особенность титана и его сплавов — их малая плотность. Плотность чистого титана составляет 4,5 Мг/м3, т. е. значительно меньше чем у железа, хотя и превышает плотность алюминия и магния. Однако удельная прочность титановых сплавов в 1,5 раза выше, чем сплавов на основе алюминия или магния. Благодаря высокой пластичности сплавы титана очень технологичны. Кроме того, они обладают высокой коррозионной стойкостью. Все эти качества способствуют их распространению в авиации, общем машиностроении, кораблестроении и т. д. Сплавы на основе титана деформируют, подвергают закалке и старению. H, О, N, С, является вредными примесями, так как существенно понижают пластичность сплавов.  Рисунок 2.Диаграмма титан алюминий. Алюминий альфа-стабилизатор. Повышает температуру аллотропического превращения  Рисунок 3.Диаграмма титан хром. Хром бета-стабилизатор. Понижает температуру аллотропического превращения Закалка сплавов на основе титана приводит к образования мартенсита. Однако, мартенситное превращение в титановых сплавах имеет существенные отличия от такого же превращения в железных сплавах. Рассмотрим ряд сплавов на рисунке 4.  Рисунок 4. Фрагмент диаграммы с бета-стабилизатором При закалке сплава I образуется мартенсит, являющийся не пересыщенным твердым раствором. При увеличении содержания М ( сплав II) при закалке образуется так называемый альфа-штрих мартенсит(рисунок 4а). Эта метастабильная фаза представляет собой пресыщенный твердый раствор легирующих компонентов в альфа-титане и имеет гексагональную решетку.  Рисунок 4а. Просвечивающая электронная микроскопия Тонкая пластинка (иголка) альфа штрих мартенсита. Упрочнения, как в стали, при образовании мартенситной альфа штрих-ф азы в титановых сплавах не происходит, так как объемный эффект превращения бета в альфа ' и, следовательно, фазовый наклеп невелики (объемный эффект мартенситного превращения в титановых сплавах составляет около 0,1 %, тогда как в стали он равен около 1 %). При закалке образуется и фаза а " (ромбическая решетка), которая также не приводит к упрочнению сплава. Фаза альфа " образуется при повышенном содержании легирующих компонентов, например в сплаве III. При этом фаза альфа ', по-видимому, непрерывно переходит в фазу альфа". Совместного присутствия этих фаз ( альфа '+ альфа" ) при закалке из бета-состояния не было зафиксировано. При зак ал ке в микроструктуре появляются типичные для мартенсита видманштеттовые ориентировки, а при закалке шлифа в нейтральной среде на полированной плоскости возникает характерный игольчатый рельеф . При большом содержании легирующих( сплав IV) при закалке идет превращение бета в омега-мартенсит. Фаза омега (мартенсит особого рода) образуется при нулевом объемном эффекте. При закалке полированного шлифа в результате образования омега-фазы мартенситный рельеф на нем не появляется. С помощью светового микроскопа эту фазу обнаружить не удается. Она очень твердая и хрупкая — при термообработках, применяемых на практике ,избегают ее появления Размерное и структурное соответствие решеток исходной фазы бета и мартенситов альфа штрих и омега показано на рисунках 5 и 6.  Рисунок 5. Решетки бета и альфа штрих фаз .Сопрягающиеся плоскости при мартенситном превращении ( заштрихованы)  Рисунок 6. Решетки бета и омега фаз .Сопрягающиеся плоскости при мартенситном превращении ( заштрихованы). Фотография микроструктуры сплава после закалки на альфа- штрих мартенсит на рисунке 7  Рисунок 7.Световая микроскопия . Альфа-штрих мартенсит. HRC=50, HB=5000 МПа Упрощенная классификация промышленных сплавов титана позволяет разделить их на три класса: альфа-, (альфа + бета)- и бета-сплавы. Существуют т акже сплавы альфа с небольшим количеством бета-фазы (псевдо- альфа) и сплавы бета с небольшим количеством альфа-фазы (псевдо- бета). Псевдо-бета-сплавы относятся к высоколегированным титановым сплавам, в которых суммарное содержание легирующих элементов доходит до 2 0% й более. Хотя при закалке из бета-области в этих сплавах фиксируется только бета-фаза, она термически нестабильна и при старении распадается с выделением дисперсной альфа-фазы(рисунок 7б). Микроструктура псевдо- бета сплава показана на рисунке 7а  Рисунок 7а Микроструктура псевдо- бета сплава ( ВТ22) после закалки Только зерна бета фазы  Рисунок 7б .Микроструктура псевдо- бета сплава ( ВТ22) после отжига. Пластинчатая альфа+бета структура фазы. Однофазные сплавы альфа могут состоять только из зерен альфа фазы (рисунок 7в), а после литья из так называемой пластинчатой структуры, состоящей из ориентированных относительно бета фазы альфа пластинок и бета прослоек .Бета фаза не успевает полностью превратиться в альфа фазу (рисунок 8).  Рисунок7в. Однофазный альфа сплав зеренная структура. Границы зерен слабо выявлены  Рисунок 8 .Светлые альфа-пластинки (ориентированные) и темные бета-прослойки  Рисунок 9 .Редкий случай расположения светлой альфа пластинки в плоскости шлифа ,бета фаза темная Кроме зеренной и пластинчатой структуры в сплавах титана наблюдаются так называемые глобулярная и смешанная структуры. Для получения глобулярнй структуры исходную пластинчатую структуру подвергают деформации и рекристаллизации . Во время деформации пластинки изгибаются и вытягиваются ( происходит сдвиг), а во время рекристаллизации в пределах каждой пластинки образуются равноосные зерна, организованные в цепочки Схеме формирования глобулярной структуры показана на рисунке 10.  Рисунок 10. Схема формирования глобулярной структуры Смешанная структура состоит из пластинчатой и глобулярной. Фотография микроструктуры показана на рисунке 11.  Рисунок 11. Глобулярная структура( светлая), пластинчатая структура(темная, плохо разрешилась) |