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

разца в глубь игольчатой зоны. В табл.1 приведены данные час­ тичной обработки результатов металлографического анализа с ука­

На рис.6 приведены микрофотографии, показывающие игольча­ тую структуру сплава BTI4 в точках, расположенных на разном расстоянии от края образца. Температуры нагрева материала в этих точках находятся в пределах 1100-1050°, а соответствующие значения балла зерна указаны в табл .1 .

IOI

Рис.5 . Осциллограмма нагрева сплавов BTI4 (а ) и АТ2-3 ( б ) . Но­ мера кривых соответствуют обозначениям термопар на рис.З

На рис.7,6 дана микрофотография структуры сплава BTI4 после нагрева дс 1100°, но не ускоренного, а медленного, в печи. В этом случае строение сплава также является игольчатым, однако иглы значительно крупнее и зерно превращенной р -фазы характе­

при печном нагреве зерно оказывается достаточно крупным по всей глубине и разницы в величине его не наблюдается дане при пере­ паде температур до 300° (рис.7 ) . Значительное различие в вели­ чине зерна по ширине образца при нагреве ТВЧ может быть объяс­ нено, видимо, существенным влиянием на рост кристалловр -фазы в условиях ускоренного нагрева продолжительности нахоядения отдельных зон сплава при высокой температуре.

104

Рис.8. Изменение микротвердости по ширине образца сплава BTI4

На рис. 8 представлен график распределения микротвердости

по ширине образца для сплава BTI4. Высокая твердость у края

О

пластины (370 кгс/мм ) обусловлена игольчатым строением матери­ ала, причем протяженность участка высокой твердости совпадает с глубиной зоны игольчатой структуры (см.рис. 6 и табл .1). Ана­ логичная закономерность наблюдается и у остальных исследован­

ных сплавов. Имеющийся разброс значений микротвердости, вероят­ но, связан с неоднородностью химического состава зерен сплава.

Исследование строения и микротвердости газонасыщенного слоя было проведено на косых шлифах с углом скоса 6° . На рис.9 ,а дан график изменения микротвердости по глубине газонасыщенной зоны сплава BTI4, образовавшейся в процессе нагрева ТВЧ.Полученные данные свидетельствуют о наличии газонасыщенного слоя на образ­ цах, подвергнутых ускоренному нагреву ТВЧ. Протяженность этого слоя на указанном сплаве составляет 0,03 мм, а максимальная твердость, замеренная на кромке образца, равна 780 кгс/мм^.Для других исследованных сплавов глубина газовасыщения находится в пределах 0,02 -0,04 мм, а твердость 600-740 кгс/мм2 .

При печном нагреве по режиму 1100°, 30 мин, вода сплав BTI4 имеет значительно большую, чем при нагреве ТВЧ, толщину газонасыщенного слоя, равную 0,3 мы, и максимальную твердость

105

1100

100с

Расстояние от поверхности, мм

Рис.9. Графики микротвердости газонасыщенных слоев сплава BTI4 после нагрева ТБЧ (а) и в печи (б)

Результаты проведенных исследований позволяют сделать вы­ вод о том, что при нагреве исследованных титановых сплавов токами высокой частоты до температур области твердого раство­ ра j s материалы имеют более мелкозернистое строение, чем при печном нагреве до тех же температур. Сам процесс нагрева ТБЧ сопровождается образованием газонасыщенного слоя, однако тол­ щина этого слоя и максимальная твердость его оказываются зна­ чительно меньшими, чем при печном нагреве.

106

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Титановые сплавы существенно отличаются от других металлическ'их материалов по значению своих физических свойств - тер­ мического расширения и теплопроводности. Вследствие этого стой­ кость указанных материалов против термической усталости нужда­ ется в специальных исследованиях. Такие исследования тем более необходимы, что титановые сплавы находят все большее примене­ ние для деталей, работающих в условиях чередующихся нагревов

иохлаждений.

Вранее выполненной работе [i] было проведено исследование

термической усталости титановых сплавов 0Т4 и BTI4. При этом было установлено, что термостойкость титановых сплавов выше, чем никелевых. Исследования проводились на защемленном по кон­ туру образце - пластине с использованием сйециально созданной установки [ 2] .

В настоящей работе была применена новая методика, в осно­ ву которой положено испытание не защемленного, а свободного образца. При этом представляется возможным отразить особенно­ сти поведения материала в реальных условиях, когда существен­ ным оказывается влияние градиента температур и теплопроводно­ сти, интенсивность изменения механических свойств при измене­ нии температуры и др. При испытании защемленных образцов дей­ ствие этих факторов в значительной степени замаскировано.

Генератор"I подает токи высокой частоты на индуктор 2, кото­ рый используется для нагрева продольных кромок образца 3, же­

Определение момента и места образования трещины, а также изучение характера ее развития в процессе испытания образца проводятся с помощью ультразвукового дефектоскопа 13. Призма­ тическая искательная головка 14 его устанавливается на холод­ ной части образца. Измерение деформации образца на любом зара­ нее отмеченном участке, фотографирование и визуальное наблюде­ ние растрескивания осуществляются с помощью оптической систе­ мы 15 и фотоаппарата (киноаппарата) 16, установленных на штан­ ге 17.

Исследованию подвергались титановые сплавы BT5-I, BTI4 , АТ8, АТ8С и АТ2-3. Образцы этих сплавов прошли 1000 циклов "нагрев-охлавдение" по режимам 200°-900°-200°. Осциллограммы

Как и следовало ожидать, максимальная температура фиксирует­ ся 1-й термопарой, расположенной ближе других к кромке пласти­ ны. Однако эта температура ниже 900°, что объясняется некоторым расстоянием термопары от кромки ( 1-2 мм), а также тем, что при быстро протекающем процессе нагрева существенную роль играет захолаживание материала в месте приварки термопары за счет теп­ лоотвода по проводникам ее.

Испытанные образцы подвергались металлографическому иссле­ дованию на микроскопе МИМ-8 и определению микротвердости на приборе ПМТ-З при нагрузке 50 г . Для этого из материала средней части пластины изготавливалось два микрошлифа, один из которых предназначался для исследования структуры боковой поверхности пластины, а другой - торцевой. Изготовление шлифов проводилось обычным способом. Химическое травление их осуществлялось в реак­ тиве состава: I об .ч . плавиковой кислоты, 3 об.ч.азотной кисло­ ты и 6 об.ч. воды.

Результаты исследований и их анализ

*

Результаты металлографического исследования представлены несколькими микрофотографиями, приводимыми ниже. На рис.З даны структуры сплава BT5-I, иллюстрирующие образование трещин в поверхностном слое образца. Глубина этих трещин при значитель­ ном снятии материала становится очень небольшой (рис.3 ,6 ), что свидетельствует об образовании их только в зоне газонасыщенно­ го слоя. Как видно на рис.3 ,6 , газонасыщение материала наблюда­ ется и по бокам раскрывшейся трещины.