книги / Физическое металловедение титана
..pdfпосле зарождения двойника напряжения течения умень шаются. _
Возможно, что зарождение двойников {Ь22} в тита не происходит легко, но велики напряжения старта, ко торые необходимо приложить для начала их распрост ранения; само же распространение двойников протека ет при напряжениях, значительно меньших напряжений старта. Такое допущение тоже объясняет описанные выше экспериментальные факты.
. Выше 400°G падения нагрузки не наблюдается, что свидетельствует о том, что напряжения, необходимые
для зарождения двойников ООП}, и напряжения стар та меньше напряжений их распространения. При повы шении температуры напряжения зарождения (или стар
та) двойников {1122} увеличиваются и, наконец, стано вятся больше напряжений зарождения двойников
{1011}. Тогда происходит смена одного вида двойникования на другой.
Как показали электронномикроскопические исследо вания тонких фольг [55], перед растущим двойником
{1122} в^матрице происходит скольжение в направле
нии <1123>. Это скольжение обеспечивает аккомода цию двойника с матрицей. Поэтому у поверхности двой
ников {1122} всегда наблюдается большое количество дислокаций с вектором Бюргерса 7з < 1123> . Направ
ление сдвига в двойнике {1122} и направление сколь жения в окружающей пластической зоне одно и то же
<1123>. В двойнике {1011} направление сдвига
<1012> и колинеарное скольжение в окружающей матрице требует двойного копланарного скольжения
вдоль направлений <1123> и < 1120>. Возможно, что это двойное скольжение и является фактором, обус
лавливающим малую толщину двойников {1011}.
В случае деформации двойникованием титана при низких температурах наблюдается линейный характер кривых напряжение — деформация [85, 86]. Степень деформационного упрочнения на линейном участке кри вой растяжения тем больше, чем интенсивнее двойникование. Кроме того, линейной стадии упрочнения соответ ствуют большие равномерные удлинения.
122
Интересно сравнить экспериментально определенное значение энергии взаимодействия, полученное из анали за механических свойств, с термодинамической оценкой, которая следует из энергии парного взаимодействия Q:
9, = N z ^ Т|_ Л1 -Ец-т! "Ь ^ AI- AIjJ* (55)
где N —число Авогадро;
z — координационное число решетки; Eij —энергия парного взаимодействия.
Экспериментально найденное значение Q составля ет 20,6 ккал/ (г-атом), что для энергии одной связи дает U =Q INz=—0,075 эВ; наблюдается отличное соответ ствие с вышеприведенным значением.
lfr, №С/ММг
40
32
24
16
8
П _ 0,f |
1,0 |
10 |
2,0 |
О 0 |
0,5 |
1.0 |
1,5 q f |
Рис. 53. Взаимосвязь коэффицента упрочнения а-титановых спла вов от параметра несоответствия модулей сдвига (е^ ) титана н
легирующего элемента и от комбинированного параметра Флейшера (т)в), (Колачев Б. А., Колачева Г. В., Лукьянова Н. В.):
/—наши данные; 2— литературные данные
К настоящему времени накоплено достаточно экспе риментальных данных, которые позволяют оценить фак торы, определяющие растворное упрочнение титановых сплавов [4; 30, с.-2151]. На рис. 53 приведены коэффи циенты упрочнения а-титана (повышение предела теку чести сплавов в расчете на один атомный процент). Эти коэффициенты были вычислены по опубликован ным в литературе результатам, а также по данным соб ственных экспериментов автора. В том случае, когда
128
имелись данные по упрочнению, полученные нескольки ми авторами, указаны наименьшее и наибольшее зна чения экспериментально найденных коэффициентов упрочнения.
Параметр размерного несоответствия (еа = |
— |
\ |
a d c I |
не определяет эффекты растворного упрочнения а-тита- новых сплавов. Действительно, такой элемент, как мо либден, имеющий близкий с титаном атомный диаметр, относится к числу наиболее сильных упрочнителей а- титана. Параметр несоответствия модулей сдвига
лучше согласуется с экспериментальными
данными (рис. 53, а), но и он не является единственным фактором, определяющим растворное упрочнение а-ти- тана. Такие элементы, как кремний и медь, имеющие почти такой же модуль сдвига, как и титан, существен но упрочняют его.
Наилучшее соответствие наблюдается между экспе риментально найденными коэффициентами упрочнения а-титановых сплавов и параметрами, предложенными Флейшером и Хиббардом [4]. По Флейшеру и Хиббар ду, растворное упрочнение сплавов в области малых концентраций растворенного элемента определяется уравнением
(56)
где С — содержание растворенного элемента в атомных долях, а г)= г)/—|3еа. Параметр if вычисляется из соот ношения
Коэффициент р определяется природой металла и типом дислокаций, взаимодействие которых с раство ренными атомами обусловливает упрочнение. Коэффи циент р находят экспериментальным путем. Если значе ние р, при котором наблюдается наилучшая корреляция между экспериментом и теорией, больше или равно 16, то за упрочнение ответственно взаимодействие с раство ренными атомами краевых дислокаций, а если меньше 16, то винтовых.
129
вах может рассматриваться в терминах электронных возмущений, связанных с разницей атомных потенциа лов Е\,2 растворителя и легирующего элемента. Пара метр Ё\ ,2 в свою очередь определяет электросопротивле ние сплавов. Поэтому наблюдается определенная кор реляция между растворным упрочнением и интенсив ностью концентрационной зависимости электросопро тивления dp/dC [93]. Эффект растворного упрочнения возрастает также с увеличением параметра парного ионного взаимодействия / (табл. 8).
При применении титановых сплавов в качестве кон струкционных материалов важны не только прочност ные, но и пластические свойства материала. В отноше нии влияния легирования титана на его пластичность представляют интерес данные Л. С. Мороза и С. И. Уш кова .[36, с. 109], приведенные в табл. 9.
Та б л и ц а 9
Механические свойства некоторых сплавов титана
|
Слла® |
* |
0O.2’ |
5, % |
% |
|
|
кгс/мм* |
кгс/мм3 |
|
|
Технический титан |
35,1 |
20,7 |
50,3 |
75,7 |
|
Ti+1,6% А1 |
48,0 |
32,3 |
18,9 |
34,8 |
|
Ti+5% |
Zr |
42,0 |
33,1 |
47,5 |
78,3 |
Ti+4% |
Sn |
41,3 |
33,1 |
36,6 |
66,0 |
Ti+1% |
V |
40,7 |
32,9 |
45,5 |
80,6 |
При введении в титан легирующих элементов в кон центрациях, обеспечивающих примерно одинаковый предел текучести, получают различные значения харак теристик пластичности. При одном и том же пределе текучести сплавы титана с алюминием имеют значи тельно меньшее удлинение и поперечное сужение по сравнению со сплавами, легированными цирконием, оловом и ванадием. Низкая пластичность сплавов тита на с алюминием объясняется сильной сегрегацией алю миния на границах зерен, что не характерно для спла вов титана с оловом, цирконием и ванадием. Так, в ча стности, при среднем содержании 3,42% А1 его концен трация внутри зерна составляет 3,22%, а вблизи границ 10,6% (по массе). Неоднородное распределение алюми ния по объему зерна приводит к появлению аг-фазы,
131