Титановые сплавы

При постоянном значении (или ) уровень механических свойств зависит от преобладания в механизме распада -фазы процессов зарождения и роста. При переходе от преимущественного зарождения (450 0С) к диффузионному росту частиц α-фазы (550 0С) уровень прочностных свойств понижается (на 100 МПа), а пластических и особенно характеристик трещиностойкости повышается (δ на 2 – 3, ψ на 6 – 8 %, KCV и в 1,5 – 2, KCT в 1,5 – 2,5, в 8 – 10 раз). Выбор температуры старения должен проводиться с учетом необходимого сочетания прочностных и пластических свойств и характеристик трещиностойкости.

Результаты определения механических свойств состаренных образцов приведены на рисунках 4 и 5. Изменение температуры старения влияет на уровень механических свойств через размер aII-фазы и уровень микронапряжений.

 

 

При прочих равных условиях наилучшее сочетание характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости обеспечивает глобулярная морфология первичной αI-фазы. Однако скорость распространения усталостной трещины в такой структуре достаточно велика. В этом отношении предпочтительной оказывается глобулярно – пластинчатая морфология первичной αI-фазы, которая в термоупрочненном состоянии обеспечивает минимально возможную среднюю скорость распространения усталостной трещины.

 

 

 

 

6 Свойства титановых  сплавов для изготовления деталей  крепления

 

Детали крепления относятся к наиболее ответственным элементам конструкций самолетов, авиационных двигателей и ракетной технике. Именно они во многом определяют надежность авиационных и аэрокосмических конструкций. Для изготовления деталей крепления в этих целях ранее применялись стали.

Однако, в настоящее время практически все детали этого типа для авиационной и ракетной техники изготавливают из титановых сплавов. Это связано с тем, что удельная прочность титановых сплавов, реализуемая в конструкциях, на 50 – 60 % выше, чем для конструкционных сталей типа 40ХА, 30ХГСА. Замена деталей крепления из сталей на детали из титановых сплавов позволяет снизить массу элементов крепления на 35 – 45 %, а массу всего самолета на сотни килограмм. Так, в частности, в самолете ТУ-204 использовано 940 кг деталей крепления из сплава ВТ16, что дало экономию массы в 688 кг [7].

К полуфабрикатам, предназначенным для изготовления деталей крепления, предъявляют повышенные требования как по качеству поверхности, микроструктуре, так и механическим свойствам, среди которых особое место приобретает сопротивление срезу (τср).

Технология производства деталей крепления включает холодную или горячую (теплую) высадку заготовки, промежуточные операции и заключительную (упрочняющую) термическую обработку. Холодной деформации обычно подвергают отожженный или закаленный материал, а теплой (горячей) – отожженный.

Из отечественных сплавов наибольшее распространение для изготовления деталей крепления получил сплав ВТ16, обладающий высокой технологичностью при деформации и большим эффектом термического упрочнения. Этот сплав содержит сравнительно немного алюминия, что обеспечивает повышенную прочность и жаропрочность по сравнению с титаном и позволяет сохранить высокую технологическую пластичность. Значительное легирование этого сплава b-изоморфными стабилизаторами – ванадием и молибденом – создает предпосылки эффективного термического упрочнения. В то же время отсутствие эвтектоидообразующих b-стабилизаторов (Fe, Cr, Mn) в составе сплава позволяет сохранить достаточно высокую его технологичность. Но его основной недостаток (сравнительно невысокая жаропрочность) исключает применение при температурах выше 300 0С. Использование деталей крепления из сплава ВТ16 без ограничения ресурса допускается только до 130 0С. Для работы при более высоких температурах рекомендованы сплавы ВТ6 и ВТ8М. Для изготовления крупногабаритных деталей крепления применяют сплавы ВТ6, ВТ8М и ВТ22 [5].

В отличие от общепринятых закономерностей повышение степени деформации сплава ВТ16 при последующей закалке в воду приводит к падению пластических характеристик. Если после деформации проводить охлаждение на воздухе или упрочняющую термическую обработку, то пластические характеристики будут возрастать с повышением степени деформации.

Аналогичные зависимости были получены при проведении деформации при 1050 0С. Однако в этом случае деформация на 80 % не обеспечивает получения таких же показателей пластичности, как и осадка при 920 0С, что, вероятно связано с частичным прохождением динамической рекристаллизации при этой температуре и степени деформации. На рисунке 6 представлены результаты испытания механических свойств образцов из сплава ВТ16 после осадки на молоте из b-области с 920 и 1050 °С и последующем охлаждении в воде и на воздухе.

 

Заключение

 

Несмотря на многочисленные исследования двухфазных титановых сплавов, в настоящее время остается ряд вопросов, связанных с механизмом пластичности данных сплавов. До сих пор остается невыясненным вопрос об оптимальном соотношении между количеством a- и b-фаз, а так же вопрос о природе пластичности и прочности двухфазных титановых сплавов.

Поэтому, целью данной научной работы является исследование фазового состава и структурных особенностей сплавов ВТ6 и ВТ16 в зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения. Предполагается, что на основании выявленных закономерностей удастся понять, какая структура является оптимальной и уточнить режимы термообработки.

Список использованных источников

 

1 Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 1999. 416С.

2 Белов С. П., Брун М. Я., Глазунов С. Г. и др. Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. – М.: Металлургия, 1992. 352 С.

3 Ильин А. А., Скворцова С. В., Филатов  А. А., Мамонова О. А. Закономерности  влияния структуры на механические  свойства промышленных титановых сплавов мартенситного класса. //Металлы. 2002. - №3. – С. 52-58.

4 Ильин А. А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. – М.: Наука, 1994. 304 С.

5 Колачев Б. А., Полькин И. С., Талалаев  В. Д. Титановые сплавы разных стран: Справочник: М.: ВИЛС, 2000. 316 С.

6 Полькин И. С. Упрочняющая термическая  обработка титановых сплавов. –  М.: Металлургия, 1984. 96 С.

7 Володин В. А., Воробьев И. А., Колачев  Б. А., под ред. Б. А. Колачеева Технология  изготовления титановых деталей крепления. – М.: Металлургия, 1996. 144 С.

8 Лясоцкаяя В. С. Термическая обработка  сварных соединений титановых  сплавов. – М.: Экомет, 2003. 352 С.

9 Моисеев В. Н., Гераськова А. В. Изменение  структуры и свойств (a+b)-титановых сплавов в зависимости от термической обработки. //Новые исследования титановых сплавов: Труды 6-го совещания по металлохимии, металловедению и применению титана и его сплавов. М.: Наука, 1985. 336 С.

10 Иванов А. С., Томсинский В. С. Распад a``-мартенсита в титановом сплаве ВТ16. //Физика металлов и металловедение. Вып 1, Том 36. 1973, С. 102-108