8.4. Термоводородная технология титановых сплавов

Термоводородная обработка (ТВО) представляет собой сочетание обратимого легирования водородом с термическим воздействием на наводороженный материал. Технологическая схема ТВО включает три основных элемента:

1. насыщение водородом;

2. термическое воздействие на материал, легированный водородом;

3. обезводороживание в вакууме.

В сплавах на основе титана для насыщения водородом наиболее широко применяется наводороживающий отжиг (НО) в водородной среде, а для дегазации – вакуумный отжиг (ВО).

Термоводородная обработка используется для:

1. повышения пластичности  и  титановых сплавов за счет снижения температуры полиморфного превращения / (водородное пластифицирование).

2. улучшения обрабатываемости деталей на металлорежущих станках, т. к. в присутствии водорода сплав охрупчивается и стружка становится ломкой; при этом стойкость режущего инструмента увеличивается в 5–10 раз.

3. измельчения зерна микроструктуры сплава (получение мелкодисперсной структуры).

9. Медь и ее сплавы: латуни и бронзы.

Медь – тяжелый металл (плотность 8,9 г/см³), кристаллизуется при 1083 С в ГЦК решетке, характеризуется высокой тепло- и электропроводностью, высокой коррозионной стойкостью.

Медь и ее сплавы обладают хорошими технологическими свойствами: обрабатывается всеми видами деформации, механической обработкой резанием, образуют надежные сварные и паяные соединения. Медь и ее сплавы значительно упрочняются при деформации.

Для повышения прочностных свойств медь легируют цинком, оловом, алюминием и др. Сплавы на основе меди называются латунями (сплавы с цинком) и бронзами.

Латуни маркируют буквой Л и цифрой, указывающей процент меди (Л68, Л96). Специальные латуни с дополнительными легирующими элементами обозначаются дополнительными буквами с цифрами, соответствующими процентному содержанию этих элементов. Практически используют латуни с содержанием до 47%Zn. При этом до 39%Zn полностью растворяется в меди, образуя однофазные -латуни, при этом твердорастворное упрочнение увеличивается с повышением процента цинка в латуни. Однофазные латуни наиболее пластичны. В результате обработки давлением эти латуни упрочняются. Двухфазные латуни (с содержанием Zn 40–45%) менее пластичны, деформируются в горячем состоянии, но хорошо обрабатываются резанием. Латуни термически не упрочняются. Используется только отжиг, для снятия наклепа или внутренних напряжений.

Бронзы называются по названию основных легирующих элементов меди: оловянистые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые. Бронзы маркируют буквами Бр и буквой с цифрами, указывающими процентное содержание легирующего элемента. Например, БрА10 (10 % Al), БрАЖМ10-3-1,5 (10 % Al, 3 % Fe, 1,5 % Mn), БрБ2 (2 % Be).

В оловянистых бронзах -фаза представляет собой твердый раствор олова в меди. Кроме того, образуются электронные соединения Cu₅Sn (-фаза), Cu₃Sn (-фаза), Cu₃₁Sn₈ (-фаза). На практике применяются сплавы с содержанием до 10–12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянистые бронзы имеют хорошие литейные свойства, их применяют для фасонного литья.

Алюминиевые бронзы содержат до 14 % Al. При содержании до 9 % Al бронзы при нормальных температурах образуют однофазную структуру  твердого раствора Al в Cu, поэтому хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии, идут на изготовление ленты, проволоки, прутков. В то же время, вследствие эвтектической кристаллизации при 1037 С бронзы БрА7, БрА9 и БрА11 обладают прекрасными литейными свойствами и используются для фасонного литья.

Двухфазные алюминиевые бронзы (БрА10, БрА12, БрА14) имеют в структуре двухфазную эвтектоидную смесь (), в которой  – мягкий пластичный твердый раствор алюминия в меди, а  – соединение CuAl, хрупкое и высокотвердое.

Подобно сталям двухфазные бронзы могут иметь структуру доэвтектоидную и заэвтектоидную, а так же подвергаться упрочняющей термической обработке: закалке и отпуску. Термическое упрочнение алюминиевых бронз обусловлено образованием мартенсита при закалке с температуры 900 С в воде.

Двухфазные бронзы хорошо обрабатываются резанием, свариваются. При увеличении содержания алюминия за счет увеличения содержания  (CuAl) фазы увеличивается твердость, износостойкость, сопротивление истиранию. Поэтому эти бронзы используют как подшипниковые и антифрикционные материалы.

Бериллиевые бронзы содержат до 2,5 % Be. При понижении температуры растворимость бериллия уменьшается до 0,2 %, при этом выделяются вторичные кристаллы соединения CuBe с высокой твердостью. Переменная растворимость бериллия в меди обусловливает термическое упрочнение сплава в результате закалки и последующего отпуска (старения).

После закалки с 800 С в воду образуется пересыщенный твердый раствор бериллия в меди. Закаленная бронза мягка и пластична, поэтому в свежезакаленном состоянии производится прокатка тонкой ленты и штамповка деталей. В результате окончательного отпуска (старения) при температуре 320–350 С бронза становится чрезвычайно прочной и твердой, обладает хорошими упругими свойствами. При отпуске происходит упрочнение дисперсными частицами  (CuBe) фазы, которые выделились из закаленного твердого раствора. Такое упрочнение называется дисперсионным твердением.

Для дополнительного упрочнения в бериллиевые бронзы вводят добавки никеля и титана. Например, БрБНТ1,9 (1,9 % Be; 0,3 % Ni; 0,2 % Ti).