книги из ГПНТБ / Свойства титановых сплавов в сложных условиях применения сборник статей

90

как с повышением температуры усиливается диффузия, что вызыва­ ет более интенсивное поглощение примесей. Вместе с тем извест­

но, что процесс газонасыщения зависит от структуры сплава И . Наиболее интенсивно он протекает в оС -сплавах и с наименьшей

скоростью в сплавах со структурой f i .

В сплавах с оС + р -структурой газонасыщение имеет сложный характер. В этих сплавах при низких температурах имеется боль­ шое количество о(-фазы, хорошо поглощающей кислород. Однако температурные условия газонасыщения при этом неблагоприятны. Повышение температуры улучшает эти условия, но количество оСфазы при этом уменьшается, что приводит к ухудшению газонасыще­ ния.

Таким образом, повышение температуры выдержки титановых сплавов с с(+ р структурой сопровождается своеобразной борь­ бой двух факторов, оказывающих взаимно противоположное действие на газонасьнцение: температурного, ускоряющего газонасыщение, и структурного, замедляющего этот процесс. В зависимости от

соотношения силы влияния этих факторов при разных температурах процесс газонасыщения может протекать с различной скоростью.

Рассматривая диаграмму со­ стояний сплавов титана с элемен­ тами, расширяющими область твер­ дого раствора р и дающими спла­

температурного фактора, интенсивность газонасыщения будет воз­ растать по закону диффузии. Суммарное действие этих двух фак­ торов на интенсивность газонасыщения выразится некоторой слож­ ной кривой, например графиком зависимости глубины газонасыщен­ ного слоя от температуры. Такой график может быть построен эк­ спериментально.

91

Результаты исследования газонасыщенного слоя сплава BII6 представлены в табл Л и на рис.17 и 18. При анализе этих ре­ зультатов обращает на себя внимание прежде всего тот факт, что глубина газонасыщенного слоя образцов, охлажденных с печью, выше, чем при охлаждении на воздухе. Следовательно, процесс газонасыщения идет не только во время выдержки, но и при ох­ лаждении. Максимальная твердость на поверхности образца полу-

Расстояние от поверхности, мм

Рис.17 . Графики распределения микротвердости в гаэонасыщенном слое образцов сплава BTI6, прошедших нормализацию и отжиг при разных температурах. Номера кривых соответствуют клеймам

в табл .4

чается большей в результате охлаждения на воздухе. Это дает основание предположить, что при охлаждении образцов процесс

газонасыщения выражается главным образом в диффузии примесей в глубь слоя, но не в поглощении их из окружающей атмосферы. Об этом же свидетельствует и крутизна падения микротвердости от поверхности в глубь образца, характеризуемая средним гра­

Исследование газонасыщенного слоя сплава ВТК представляет

Вместе с тем следует отметить, что повышение температуры

приводит к значительному увеличению интенсивности газонасыщении

Это видно по максимальной микротвердости слоя и по глубине его

которые возрастают особенно сильно при температурах 900 и 950°,

несмотря на то , что при этих температурах выдержка образцов

составляла только 2 час вместо 5 час при более низких темпера­ турах.

95

Обращав! на себя внимание значительное увеличение глубины газонасыщенного слоя в образцах, подвергнутых охлаждению вмес­ те с печью, по сравнению с образцами, охлажденными.на воздухе. Подобная картина имела место и для сплава BTI6. При этом в отожженных образцах сплава BTI5, как и в образцах сплава BTI6, увеличение глубины газонасыщенного слоя сопровождается умень­ шением максимальной микротвердости его.

Такое явление может быть объяснено тем, что в процессе охлаждения происходит диффузия уже поглощенных примесей без значительной адсорбции их из окружающей атмосферы.

В ы в о д ы . I . Проведено исследование влияния термической обработки на структуру и свойства титановых сплавов ВТ14,ВТ16

и BTI5.

2 . Установлено, что твердость титановых сплавов является устойчивой характеристикой их, не зависящей от метода испыта­

ний.

3 . Получены новые данные о влиянии температуры термической обработки на структуру и твердость исследованных сплавов.

4 . Проведено исследование структуры и микротвердости газо­ насыщенного слоя, получающегося в результате нагрева титановых сплавов при термической обработке. Установлена особенность газонасыщения титановых сплавов с оС +р -структурой, состоящая в том, что для этих сплавов существует температура, выше кото­ рой газонасыщение может не увеличиваться, а замедляться в свя­

градиент микротвердости, позволяющий качественно оценить соот­ ношение скорости адсорбции и диффузии примесей.

его сплавы, вып.10, Исследования титановых сплавов, изд.АН СССР, 1963.

96

97

НЕКОТОРЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ТВЕРДОСТИ ТИТАНОВЫХ .

СПЛАВОВ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ

Существенным недостатком титановых сплавов при различных термических операциях является активное взаимодействие с окру­ жающей атмосферой и образование на поверхности изделий газона­ сыщенного слоя, в большинстве случаев ухудшающего материал. Чтобы избежать получения слоя, в настоящее время используют нагрев сплавов в вакууме или в нейтральной атмосфере. Если на­ грев проводится на воздухе и газонасыщенный спой получается,

98

использована установка, узел которой представлен на рис.1 , и методика испытания на термическую усталость, разработанные с участием одного из авторовх ) . Форма образца, конструкция ин­ дуктора и метод нагрева дали возможность получить по резуль­ татам испытания только одного образца данные о глубине и ско­ рости нагрева исследуемого материала, а также о влиянии раз­ личных температур на строение и твердость сплава. Схема распо­ ложения изотерм при нагреве, приведенная на рис. 2, наглядно показывает распределение температур на испытуемом образце.

Р асст ояние от середины пластины, мм

пластины размером 2 х 24 х 240 мм, изготовленные из этих спла­ вов, устанавливались в ивдукторе, как показано на ри с.1 . С целью получения наименьшего окисления нагретые образцы охлажда­ лись не воздухом, а водой.

Температура нагрева образцов регистрировалась приваренными к пластине хромель-алюмелевыми термопарами диаметром 0,5 мм, свободные концы которых были выведены на осциллограф K -I2. Схе­ ма расположения термопар и осциллограммы температур представ­ лены на рис.З. Заданная температура испытания контролировалась оптическим пирометром с точностью + 10° .

Режим нагрева ТВЧ для всех сплавов был одинаков: максималь­ ная температура 1100° , напряжение на ивдукторе и зазор между пластиной и индуктором выдерживались постоянными. Печной нагрев исследованных сплавов проводился при температурах 1200-900° с ввдержкой 30 мин и охлаждением в воде.

Установка и методика описаны в статье "Влияние цикли­ ческого нагрева на структуру и свойства титановых сплавов" на­

стоящего сборника.

99

Время, сен

Рис.З. Схема расположения термопар на образце и графики изме­ нения температуры во времени

Образцы, прошедшие однократный нагрев ТВЧ или печной на­ грев, подвергались металлографическому анализу с целью опреде­ ления структуры сплавов, величины зерна материала, а также глу­ бины газонасыщенного слоя. Исследования проводились на металло­ графическом микроскопе МИМ-8 и на микротвердомере ПМТ-З.

Результаты исследования и их анализ

Проводимые ниже результаты металлографических исследований и замера микротвердости соответствуют распределению темпера­ тур по ширине образца (ри с.4 ).

Как уже упоминалось, максимальная температура нагрева ТВЧ составляла 1100° , что соответствует для всех исследованных