Производство сортового проката из титана, жаропрочных сплавов, высоколегированных марок стали для авиастроения, энергетического машиностроения, приборостроения и медицины.

(495) 609-68-94

(495) 609-68-95

ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ
 
Особенности сплавов титана зависят от фазовых превращений. Решающим влиянием на структуру сплава имеет такое свойство, как полиморфизм. Представленные диаграммы на рис 1 отражают состояние титана и легирующего элемента, которые по характеру влияния делятся на 4 группы.
Первая включает химические элементы алюминий азот и кислород, так называемые стабилизаторы. Их влияние позволяет повысить температурный режим полиморфного превращения титанов α и β, а также существенно увеличивают область твёрдых растворов на базе первого. Учитывая то, что воздействие азота и кислорода влечёт за собой повышение хрупкости, целесообразно использовать для легирования только алюминий. Именно он уменьшает плотность и также уменьшает показатель хрупкости от воздействия водорода. Кроме этого алюминий существенно модуль упругости и показатель прочности титана. При этом полученные сплавы титана α, с устойчивой структурой получают повышение прочности после термической обработки.
Вторая группа включает Mo, Ni, V,Ta и др. Они - изоморфные β-стабилизаторы, влияющие на показатель температуры превращения, а также позволяющие расширить область растворов, основанных на β–титане.
Третья группа включает элементы Cr, Cu и др. Они являются эвтектидообразующими β-стабилизаторами, поэтому при взаимодействии с титаном большинство из них улучшают показатели прочности, термической стабильности и жаропрочности. Кроме этого снижается пластичность титана, но он хорошо закаляется термообработкой или старением.
Четвертая группа включает Sn и Zr. Это практически нейтральные элементы, потому как не изменяют фазовый состав титана, а также существенно не влияют на температурные режимы полиморфных превращений.
Существует два пути полиморфного превращения. Первый основан на медленном охлаждении. Подвижность атомов происходит в соответствии с обычным механизмом диффузии, в результате его протекания образуется полиэдрическая структура твёрдого титана α в виде раствора. Если применять второй путь, который характеризуется быстрым охлаждением, то сам процесс немного сложнее. Он заключается в бездиффузорном мартенситном механизме с образованием мартенситной игольчатой структуры, которая обозначается С. В случае большей степени легированости обозначение ¢¢. Несмотря на однотипную структуру ¢¢ и ¢ их решётка существенно искажена. Данный показатель возрастает с увеличением легирующих элементов.
 
 
Рис 1  Состояния систем титан и легирующий элемент (диаграммы):
 
Рис 2 Воздействие легирующих элементов на изменения механических свойств титана
Отличительная особенность титановых мартенситов по отношению к мартенситам из легированной стали - они выступают раствором замещения. Их закалка приводит к небольшому повышению прочности, а существенного снижения пластичности нет. На рис. 3 показаны фазовые превращения путём быстрого и медленного охлаждения сплавов из титана. В связи с тем, что эвтектоидным распадом можно пренебречь, диаграмма справедлива для сплавов с β-стабилизаторами, в том числе изоморфными.
 
Рис. 3. Изменения в фазовых составах сплавов титана и β-стабилизатора при разной скорости охлаждения либо закалки из β–области (схема)
В процессе медленного охлаждения в сплавах титана при различной концентрации β-стабилизаторов в результате могут получиться такие структуры: α,α +β или β.
Путём закалки мартенситных превращений в интервалах температурных показателей Мн–Мк (на рис. 3 показаны пунктирными линиями) получим результат, благодаря которому можно различить четыре группы.
Первая включает сплавы, где концентрация β-стабилизирующих элементов до ¢1. Это те, закаляя которые из β-области отличаются структурой исключительно ¢ или ¢¢. После закалки данныз сплавов с температур (α+β)-областей в интервале от полиморфного превращения до Т1, их структура будет представлять собой смесь фаз сплава α ¢ и¢¢, а также α и β. После закалки ¢ температурой ниже Ткр они будут иметь структуру α+β.
Вторая группа включает сплавы, где концентрация легирующих элементов составляет от ¢1 до ¢kp. В них при закалке из β-области мартенситное превращение не осуществляется до конца. Структура сплава a ¢ и ¢¢, а также β остается. Сплавы данной группы после закалки температур от полиморфного превращения до Тkp будут иметь структуру сплава α ¢ и ¢¢ , а также α и β, а при смене температур ниже Тkp— структура α+ β.
В третьей группе сплавов закалка сплава с концентрацией стабилизирующих β-элементов от критической температуры до ¢2  будет сопровождаться превращением части β в фазу w. Структура данного сплава после закалки будет иметь следующий вид β+w. Если закалка происходила при температуре ниже показателя Т2, то структура сплава будет следующего вида β+α.
В четвёртой группе закалка при температуре выше полиморфного превращения сплавов наделяет их структурой исключительно β. Если же показатель температуры ниже, то структура будет иметь вид β+α.
Стоит отметить, что превращения β и β+w осуществляется при закалке сплавов, концентрация которых (¢kp–¢2) либо при старении сплавов, концентрация которых более ¢2, обладающих метастабильной β-фазой. Однако присутствие w-фазы нежелательный фактор при обеих реакциях - она сильно влияет на хрупкость титановых сплавов. При рекомендуемых режимах термообработки ее присутствие в используемых сплавах исключают. Для улучшения определенных характеристик сплавов из титана применяют: отжиг, закалка и старение, химическо-термическая обработка.
Все титановые сплавы подвергаются отжигу. Это обеспечивает полное формирование структуры, выравнивание концентрационной и структурной неоднородности, а также механические свойства. Отжиг должен выполняться при температуре, которая выше температуры рекристаллизации. При этом она не должна быть ниже температуры, при которой возможен переход к β-состоянию, которое сопровождается образованием зерна. На производстве применяется неполный, обычный и изотермический способы.
В промышленности для получения необходимых свойств титановые сплавы подвергаются закалке и старению. Другое название этим процессам – упрочняющая термообработка. Её суть заключается в получении стабильных фаз β, α¢, α¢¢ с дальнейшим их распадом. В результате этого выделяются дисперсные частицы фаз α и β. Эффект повышения прочности зависит от количества, типа, а также состава метастабильных фаз. Также важна дисперсность образовавшихся частиц.
Для повышения твёрдости и высокой стойкости в самых различных условиях трения, а также устойчивости к коррозийным процессам применяют химико-термическую обработку. Она также способна повысить такие показатели как жаропрочность и жароустойчивость. На производстве применяют силицирование, азотирование, и несколько методов металлизации (диффузионной).

Фазовые изменения в титановых сплавах

Особенности сплавов титана зависят от фазовых превращений. Решающим влиянием на структуру сплава имеет такое свойство, как полиморфизм. Представленные диаграммы отражают состояние титана и легирующего элемента, которые по характеру влияния делятся на 4 группы.
 
Первая включает химические элементы алюминий азот и кислород, так называемые стабилизаторы. Их влияние позволяет повысить температурный режим полиморфного превращения титанов α и β, а также существенно увеличивают область твёрдых растворов на базе первого. Учитывая то, что воздействие азота и кислорода влечёт за собой повышение хрупкости, целесообразно использовать для легирования только алюминий. Именно он уменьшает плотность и также уменьшает показатель хрупкости от воздействия водорода. Кроме этого алюминий существенно модуль упругости и показатель прочности титана. При этом полученные сплавы титана α, с устойчивой структурой получают повышение прочности после термической обработки.
 
Вторая группа включает Mo, Ni, V,Ta и др. Они - изоморфные β-стабилизаторы, влияющие на показатель температуры превращения, а также позволяющие расширить область растворов, основанных на β–титане.
 
Третья группа включает элементы Cr, Cu и др. Они являются эвтектидообразующими β-стабилизаторами, поэтому при взаимодействии с титаном большинство из них улучшают показатели прочности, термической стабильности и жаропрочности. Кроме этого снижается пластичность титана, но он хорошо закаляется термообработкой или старением.
 
Четвертая группа включает Sn и Zr. Это практически нейтральные элементы, потому как не изменяют фазовый состав титана, а также существенно не влияют на температурные режимы полиморфных превращений.
 
Существует два пути полиморфного превращения. Первый основан на медленном охлаждении. Подвижность атомов происходит в соответствии с обычным механизмом диффузии, в результате его протекания образуется полиэдрическая структура твёрдого титана α в виде раствора. Если применять второй путь, который характеризуется быстрым охлаждением, то сам процесс немного сложнее. Он заключается в бездиффузорном мартенситном механизме с образованием мартенситной игольчатой структуры, которая обозначается С. В случае большей степени легированости обозначение ¢¢. Несмотря на однотипную структуру ¢¢ и ¢ их решётка существенно искажена. Данный показатель возрастает с увеличением легирующих элементов.
 
Отличительная особенность титановых мартенситов по отношению к мартенситам из легированной стали - они выступают раствором замещения. Их закалка приводит к небольшому повышению прочности, а существенного снижения пластичности нет. Фазовые превращения путём быстрого и медленного охлаждения сплавов из титана. В связи с тем, что эвтектоидным распадом можно пренебречь, диаграмма справедлива для сплавов с β-стабилизаторами, в том числе изоморфными.
 
В процессе медленного охлаждения в сплавах титана при различной концентрации β-стабилизаторов в результате могут получиться такие структуры: α,α +β или β.
 
Путём закалки мартенситных превращений в интервалах температурных показателей Мн–Мк получим результат, благодаря которому можно различить четыре группы.
 
Первая включает сплавы, где концентрация β-стабилизирующих элементов до ¢1. Это те, закаляя которые из β-области отличаются структурой исключительно ¢ или ¢¢. После закалки данныз сплавов с температур (α+β)-областей в интервале от полиморфного превращения до Т1, их структура будет представлять собой смесь фаз сплава α ¢ и¢¢, а также α и β. После закалки ¢ температурой ниже Ткр они будут иметь структуру α+β.
 
Вторая группа включает сплавы, где концентрация легирующих элементов составляет от ¢1 до ¢kp. В них при закалке из β-области мартенситное превращение не осуществляется до конца. Структура сплава a ¢ и ¢¢, а также β остается. Сплавы данной группы после закалки температур от полиморфного превращения до Тkp будут иметь структуру сплава α ¢ и ¢¢ , а также α и β, а при смене температур ниже Тkp— структура α+ β.
 
В третьей группе сплавов закалка сплава с концентрацией стабилизирующих β-элементов от критической температуры до ¢2  будет сопровождаться превращением части β в фазу w. Структура данного сплава после закалки будет иметь следующий вид β+w. Если закалка происходила при температуре ниже показателя Т2, то структура сплава будет следующего вида β+α.
 
В четвёртой группе закалка при температуре выше полиморфного превращения сплавов наделяет их структурой исключительно β. Если же показатель температуры ниже, то структура будет иметь вид β+α.
 
Стоит отметить, что превращения β и β+w осуществляется при закалке сплавов, концентрация которых (¢kp–¢2) либо при старении сплавов, концентрация которых более ¢2, обладающих метастабильной β-фазой. Однако присутствие w-фазы нежелательный фактор при обеих реакциях - она сильно влияет на хрупкость титановых сплавов. При рекомендуемых режимах термообработки ее присутствие в используемых сплавах исключают. Для улучшения определенных характеристик сплавов из титана применяют: отжиг, закалка и старение, химическо-термическая обработка.
 
Все титановые сплавы подвергаются отжигу. Это обеспечивает полное формирование структуры, выравнивание концентрационной и структурной неоднородности, а также механические свойства. Отжиг должен выполняться при температуре, которая выше температуры рекристаллизации. При этом она не должна быть ниже температуры, при которой возможен переход к β-состоянию, которое сопровождается образованием зерна. На производстве применяется неполный, обычный и изотермический способы.
В промышленности для получения необходимых свойств титановые сплавы подвергаются закалке и старению. Другое название этим процессам – упрочняющая термообработка. Её суть заключается в получении стабильных фаз β, α¢, α¢¢ с дальнейшим их распадом. В результате этого выделяются дисперсные частицы фаз α и β. Эффект повышения прочности зависит от количества, типа, а также состава метастабильных фаз. Также важна дисперсность образовавшихся частиц.
 
Для повышения твёрдости и высокой стойкости в самых различных условиях трения, а также устойчивости к коррозийным процессам применяют химико-термическую обработку. Она также способна повысить такие показатели как жаропрочность и жароустойчивость. На производстве применяют силицирование, азотирование, и несколько методов металлизации (диффузионной).

Copyright Megametall Ltd. 2007-2018 гг. All rights reserved.


ТИТАН

реклама в интернете маркетинг аутсорсинг сайта Разработка сайта
Поддержка сайта

Отправить запрос

Спасибо, Ваше сообщение отправлено.