20.01.2015

При разработке технологии термической обработки титана и его сплавов следует учитывать следующие присущие им особенности: а) полиморфное превращение; б) низкую теплопроводность; в) высокую химическую активность; г) склонность к наводороживанию.
При нагреве титана и его сплавов до температур выше Ас3, α- или α+β_структура сменяется β-структурой. При температурах, соответствующих β-области, интенсивно растет зерно. При последующем охлаждении в α-, псевдо-α-, α+β_ и псевдо-β-сплавах происходит полиморфное превращение β→α, но оно развивается внутри исходных β-зерен, так что границы исходных крупных β-зерен сохраняются, а внутри них формируется пластичная структура. Размеры этих зерен обычно столь велики, что они видны даже невооруженным глазом. Исправить крупнозернистую макроструктуру титановых сплавов методами только одной термической обработки не удается из-за малого объемного эффекта α⇔β-превращения, который составляет всего 0,17% по сравнению с 2-3% при α⇔γ-превращении в сталях. В связи с этим в тех случаях, когда крупнозернистая пластинчатая структура нежелательна, необходимо выбирать такие режимы термической обработки, чтобы ни на одной стадии нагрева температура не превышала точку Ас3.
Теплопроводность титана и сплавов на его основе примерно в 15 раз ниже теплопроводности алюминия его сплавов и приблизительно в пять раз меньше теплопроводности сталей. Наиболее важная характеристика, определяющая процессы теплообмена, —температуропроводность — также примерно в 15 раз меньше, чем у алюминиевых сплавов, и в 3,5 раза ниже, чем у сталей. Пониженные значения теплопроводности и температуропроводности приводят к значительным градиентам температуры по сечению полуфабрикатов и изделий при термической обработке при нагреве и при охлаждении. В связи с этим при термической обработке крупных изделий и полуфабрикатов целесообразно регламентировать допустимые скорости нагрева и охлаждения, чтобы исключить слишком большие остаточные напряжения которые вызывают коробление изделий и могут быть причиной возникновения термических трещин.
Титан и его сплавы при температурах нагрева под термическую обработку активно взаимодействуют с кислородом и парами воды. При этом на поверхности титана образуются окалина и обогащенные кислородом с он, а сам металл наводороживается, что приводит к ухудшению служебных характеристик титана и его сплавов. В связи с этим следует предусмотреть способы борьбы с этими нежелательными явлениями.
Поскольку в отличие от сталей с помощью полиморфного превращения в титане не удается исправить крупнозернистую структуру, уже при обработке давлением должно быть обеспечено получение достаточно однородной высококачественной мелкозернистой структуры.
Титановые полуфабрикаты после деформации имеют разнообразные структуры, отличающиеся по величине, форме зерна и внутризеренному строению. В наиболее общей форме микроструктуры, встречающиеся в титановых сплавах, можно свести к четырем основным типам: а) пластинчатая; б) корзиночного плетения; в) глобулярная (равноосная); г) смешанная. Эта классификация условна и не охватывает всего многообразия структур встречающихся в титановых сплавах.
Пластинчатые структуры формируются в том случае когда деформация начинается и заканчивается при температурах, соответствующих β-области. После деформации в этих условиях структура титановых сплавов представлена β-зерном с более или менее четкими границами, вдоль которых может быть оторочка из α-фазы (рис 60, а). Внутреннее строение зерна представлено пластинками a-фазы, вдоль которых в α+β-сплавах расположены прослойки p-фазы. Внутри β-зерна образуются колонии из параллельных пластинок α-фазы, сходные по внешнему виду с колониями перлита в стали. Такую структуру характеризуют диаметром β-зерна (D), размерами α-колоний (d) и толщиной α-пластин b. Пластины α-фазы могут быть не только прямыми, но и изогнутыми.
Структура корзиночного плетения (рис. 60, б) отличается от чисто пластинчатой отсутствием ярко выраженных α-колоний; пластинки α-фазы пересекаются между собой, образуя своеобразный узор. В структуре корзиночного плетения часто отсутствуют явные границы β-зерна. Такая структура формируется, когда температура деформации близка к Аc3 или в тех случаях, когда деформация начинается в β-, а заканчивается в α+β-области.
Титан и его сплавы

Глобулярная (равноосная) структура образуется в случаях, когда деформация проводится при температурах существенно ниже Ас3 с достаточно большими обжатиями (более 60-70%). Термин "глобулярная" - условный, так как действительная форма кристаллов α-фазы может быть почти сферической, гранной, дискообразной. В двухфазных α+β-сплавах β-фаза образует сетку по границам зерен α-фазы или представлена изолированными зернами (рис. 60, в).
Смешанные структуры возникают в том случае, когда пластическая деформация проводится при температурах несколько ниже точки Ас3. В этом случае структура представлена сравнительно крупными зернами первичной α-фазы и β-фазой, составляющей матрицу сплава. При определенных скоростях охлаждения после деформации β-фаза распадается, что приводит к формированию пластинчатой внутризеренной структуры, а первичная α-фаза сохраняется. В итоге образуется смешанная структура, представленная участками глобулярного и пластинчатого строения (рис. 60, г).