4.3.3. Термическая обработка титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости от химического состава и назначения подвергают различным видам отжига, закалке и старению, химико-термической обработке. Для нагрева используют вакуумное оборудование, что предотвращает наводораживание сплавов.

Отжиг. Отжиг для снятия напряжений проводится при температурах 400 – 500ºС (ниже А_с1); отжиг рекристаллизационный после холодной деформации для снятия наклепа – при 800 – 850С (ниже А_с3, т.к. в β – области происходит сильный рост зерна).

Особенность титановых сплавов состоит в том, что, в отличие от сталей, отжиг является основным видом термообработки и при образовании гетерофазных структур обеспечивает достаточный уровень прочности.

Закалка и старение применяются только к сплавам с (α + β) структурой. Закалка с охлаждением в воде может быть проведена после нагреве в β или (α + β) – области. В последнем случае α - фаза не претерпевает превращений, а из β-фазы образуется один из трех видов мартенсита или метастабильная β΄- фаза (в зависимости от легирования). Закалка и старение вызывают значительное упрочнение по сравнению с отожженным состоянием, но сопровождается существенным снижением пластичности. Титановые сплавы имеют невысокую прокаливаемость, поэтому закалка на мартенсит применяется ограниченно, только для деталей небольших размеров.

Более предпочтительной является закалка на β΄- фазу, когда прокаливаемость не имеет значения, и нет ограничений по размерам детали.

Химико - термическая обработка титановых сплавов имеет целью упрочнение поверхности с целью повышения износостойкости (азотирование) или повышения жаростойкости (силицирование – насыщение Si) или напыление нитрида титана.

4.3.4. Классификация промышленных титановых сплавов

Титановые сплавы маркируют буквами и числами. Буквы («ВТ», «ОТ», «АТ», «ПТ») условно обозначают организацию, в которой разрабатывались сплавы, числа – порядковый номер сплава. Примеры марок титановых сплавов: ВТ6, ВТ14, ОТ4, АТ3 и т.п.

Сплавы классифицируют по различным признакам:

– по способу получения: деформируемые и литейные;

– по назначению: конструкционные общего назначения, жаропрочные, криогенного назначения, коррозионностойкие;

– по уровню прочности: низкопрочные (до 500 МПа), средней прочности (500 – 1000 МПа), высокопрочные (более 1000 МПа);

– по фазовому составу после термообработки (после отжига, после закалки).

4.3.5. Деформируемые сплавы

Одним из признаков, по которому деформируемые титановые сплавы разделяют на несколько классов, является фазовый состав после отжига:

1. α - сплавы, состоящие из твердого раствора на основе α - Ti (ГП).

2. Псевдо-α-сплавы, которые состоят из α-фазы и небольшого количества β – фазы (ОЦК) (не более 5 %).

3. (α+β) – сплавы.

4. Псевдо - β - сплавы (α - фазы не более 5 %) .

5. β - сплавы.

Последние два класса сплавов имеют ограниченное применение.

Класс сплава или его фазовый состав после отжига, определяется, прежде всего, легированием (табл. 4.11). В свою очередь фазовый состав влияет на механические и технологические свойства сплавов, определяет их способность к упрочняющей термической обработке.

Однофазные α - сплавы применяют и как жаропрочные, и как сплавы криогенного назначения. Они имеют следующие свойства: значительно упрочняются при холодной пластической деформации; не упрочняются при термообработке; поэтому имеют; удовлетворительно свариваются; склонны к водородной хрупкости.

Самый распространенный сплав этого класса – сплав марки ВТ5-1 (Ti– 5Al – 2,5Sn) (табл. 4.11) после отжига имеет σ_в = 800 – 1000 МПа, удовлетворительный предел выносливости. Сплав жаропрочен до 450ºС, и в то же время сплав считается наилучшим для применения при криогенных температурах вплоть до температуры жидкого водорода.

Таблица 4.11