книги / Физическое металловедение титана

вызывающей хрупкость при значительно меньших кон­ центрациях алюминия, чем это следует из диаграммы состояния титан — алюминий. Для устранения указан­ ного недостатка а-сплавов целесообразно легировать их небольшими количествами p-изоморфных стабилиза­ торов, такими как ванадий и молибден.

ОСОБЕННОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

И УПРОЧНЕНИЯ Р-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Пластическая деформация р-титановых сплавов мо­ жет происходить как скольжением, так и двойникованием. Соотношение между вкладом скольжения и двойникования в пластическую деформацию р-титановых спла­ вов зависит от характера легирования и содержания легирующих элементов. Так, в частности, закаленный р-сплав ВТ15 деформируется скольжением [98], в то время как деформация ^-титановых сплавов ТСб и ВТЗО осуществляется не только скольжением, но и двойникованием. В пластически деформированных зер­ нах p-фазы в двухфазных а+р-титановых сплавах сис­ темы Ti —Мп также довольно часто наблюдались двой­ ники. Р. М. Леринман и Г. В. Мурзаева [57] полагают, что двойникование при пластической деформации раз­ вивается в тех р-сплавах, для которых характерна ма­ лая э.д.у. Действительно, в сплаве ТС6, весьма склон­ ном к двойникованию, э.д.у. составляет 15 эрг/см2. .

Скольжение в р-титаиовых сплавах происходит пре­ имущественно вдоль плоскостей {112} и в меньшей сте­ пени вдоль {123} и {НО}. Во всех случаях скольжение осуществляется в направлениях <111 > , наиболее плотно упакованных атомами [57]. Скольжение в р-ти­ тановых сплавах часто имеет «некристаллографиче­ ский» характер, линии скольжения искривлены. Дефор^ мация р-титановых сплавов сходна с «карандашным» скольжением, характерным для о. ц. к. металлов, когда сдвиг происходит по нескольким плоскостям и связан с движением винтовых дислокаций.

Линии скольжения в сплаве ВТ15 тоньше; волни­ стость линий скольжения менее резко выражена, чем у металлов с о. ц.к. решеткой, например,, железа; встре­ чаются и прямолинейные следы скольжения. Эти харак­

132

.[101] .

Механические свойства р-титановых сплавов во мно­ гом зависят от степени стабилизации p-фазы легирую­ щими элементами. При содержаниях р-стабилизирую- щих элементов, близких ко второй критической концен­ трации (см. рис. 18), закаленные р-титановые сплавы механически нестабильны, и p-фаза в них под действи­ ем напряжений испытывает мартенситное превращение,

тов, отвечающем третьей держания легирующего элемента

уменьшением количества ©-фазы в структуре сплавов.

ворным упрочнением. Правые ветви кривых, приведен­ ных иа рис. 54, экстраполированы в сторону меньших содержаний легирующих элементов вплоть до чистого Читана. Твердость материала, отвечающая отсутствию легирующих элементов, соответствует твердости гипотической нелегированной p-фазы при комнатной темпе­ ратуре.

Л. Н. Гусева и Л. .К. Долинская [48] сопоставили упрочнение Kn=dH ldC твердых растворов в области

малых концентраций с размерным фактором еа= —~

C L а с* *

135

дополнительное упрочнение р-титановых сплавов систе­ мы Ti — № по уравнению (54) при численном коэффи­

циенте 32]/6 вместо 24, с— а и энергии упорядочения 600 кал/моль. Предел текучести сплавов складывается

ОСОБЕННОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ (а-ЬР)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Механизм пластической деформации и механические свойства (а+р)-сплавов зависят от многих факторов: а) размеров, формы и ориентационного соответствия элементов структуры, б) свойств и количества составляю­

137

щих их а- и p-фаз; в) структурной и химической неодно-. родности а- и p-фаз; г) содержания примесей.

Структуры, которые образуются в (a-f-p)-титановых сплавах после различных режимов обработки давлением и термической обработки, можно охарактеризовать сле­ дующими параметрами [94]: величиной D исходного р- зерна; размером d a -колоний (пачек одинаково ориенти­ рованных пластин a -фазы), толщиной Ъ а-пластин.

Т а б л и ц а 10

Характеристики микроструктуры н результаты механических испытаний образцов сплава ВТЗ-1*

**Размер о-зериа.

Втабл. 10 представлены значения этих, параметров для (a-fp) -титанового сплава ВТЗ-1 :[94]. Мелкозерни­ стая структура I с равноосными зернами a -фазы обра­ зуется в том случае, когда температуры деформации и термической обработки не превышают Лс3. Размеры а- зерна при такой структуре могут колебаться в пределах 1—10 мкм. Все остальные структуры образуются после деформации или термической обработки при температу­ рах, соответствующих p-области. В этом случае. D — раз­ мер исходного {5-зерна. При всех пластинчатых структу­

рах толщина прослоек p-фазы составляет примерно 0,25 Ь.

Механические свойства отожженного сплава ВТЗ-1 со структурой I, II и III типа примерно одинаковы. Сплав ВТЗ-1 со структурой IV типа имеет меньшую прочность и пластичность по сравнению со свойствами сплавов со

138

характер деформации — происходит смещение колоний по граничным поверхностям их раздела. При размерах a -колоний менее 20—25 мкм и крупном исходном р-зер- не скольжение в колониях не обнаруживается и практи­ чески вся микроструктурно наблюдаемая часть пласти­ ческой деформации сосредоточивается в приграничных объемах между колониями. Деформация скольжением внутри колоний сменяется деформацией в приграничных объемах.

Сплав ВТЗ-1 с крупнозернистой структурой обладает наилучшим сочетанием прочности и пластичности при не­ которых оптимальных размерах а-колоний (30—50 мкм) и толщине а-пластин (3—3,5 мкм). Укрупнение элемен­ тов внутризеренной структуры, равно как и их измельче­ ние по сравнению с оптимальными размерами, приводит к ухудшению свойств.

Аналогичные закономерности были обнаружены для (a+ip) -сплава ВТ9 [9,6]. В сплаве ВТЗ-1 по сравнению с ВТ9 p-фаза менее сильно упрочнена, поэтому скольжение в p-фазе сплава ВТЗ-1 происходит сравнительно легко, хотя и на более поздних стадиях деформации по сравне­ нию с a-фазой. В сплаве ВТ9 до степеней деформации ~6% р-фаза практически не деформируется; при боль­ ших степенях деформации наблюдается переход сколь­ жения из a-зерен в отдельные участки p-фазы, однако число таких участков невелико. Таким образом, способ­ ность p-фазы к скольжению по большому числу систем, с чем связана высокая ее пластичность, не реализуется при деформировании сплава ВТ9. Это обусловливает меньшую его пластичность по сравнению со сплавом ВТЗ-1 как при зернистой, так и при пластинчатой струк­ туре.

Пластичность (а+'Р) -титановых сплавов снижается тем больше, чем больше разница в прочности а- и р-фаз. При большом различии в прочности фаз возрастает'не­ однородность пластической деформации сплава, сколь­ жение принимает все более локальный характер, что при­ водит к преждевременному накоплению повреждений в локальных участках и разрушению при малой общей де­ формации. Однако следует иметь в виду, что переход от а- к а-НР-структуре .приводит к резкому измельчению зерна. Повышение пластичности из-за измельчения зер­ на может доминировать над ее падением из-за усиления

140