» » Прокаливаемость титановых сплавов
20.01.2015

В применении к титановым сплавам под прокаливаемостью понимают глубину проникновения зоны, в которой скорость охлаждения при закалке была достаточной для фиксации метастабильных фаз, дающих при последующем старении заметный эффект упрочнения. Количественная оценка прокаливаемости титановых сплавов значительно сложнее, чем сталей. При закалке титановЫХ сплавов могут образоваться не только упрочняющие фазы ω и α', но и мягкие метастабильные фазы α'' и βмет, так что закаленный сплав может стать менее прочным, чем отожженный. По мере удаления от поверхности в закаленных титановых полуфабрикатах и изделиях нет такого резкого изменения твердости, какое характерно для сталей. Поэтому о прокаливаемости титановых сплавов судят по свойствам после старения Только в том случае, когда структура сплава после закалки из p-области представлена мартенситом α' и при уменьшении скорости охлаждения не образуется в заметных количествах других метастабильных фаз, кривые прокаливаемости титановых сплавов при предварительном нагреве до температур выше Ас3 или несколько ниже ее сходны с кривыми прокаливаемости для сталей. На рис. 74 приведено для примера изменение твердости (кривая 1) по длине образцов сплава ВТЗ-1, подвергнутых торцовой закалке с разных температур После нагрева до 1000° С сплав имел высокую твердость на закаливаемом торце, обусловленную мартенситной структурой α'. При удалении от закаливаемого торца снижалась скорость охлаждения. Это приводило к тому, что при охлаждении с 1000°C в β-фазе происходило диффузионное перераспределение легирующих элементов и с обедненных участках выделялась вторичная α-фаза, а обогащенных образовывалась β-фаза или мартенсит α''. Это вызывало снижение твердости сплава по сравнению с твердостью закаливаемого торца. На расстояниях более 40 мм твердость фактически оставалась постоянной, так как фазовый состав и дисперсность фаз практически не менялись по длине.
Прокаливаемость титановых сплавов

После торцовой закалки с 900°С твердость сплава на закаливаемом торце была несколько ниже, чем после закалки с 1000°С, так как на торце вместо мартенсита α' фиксировались более мягкие фазы α, α'' и β. По мере удаления от закаливаемого торца α'+α''+β структура сменялась α+β-структуроп я твердость образца несколько понижалась.
После закалки с 850° С на закаливаемом торце фиксировалась структура α+β. Сплав с такой структурой имел низкую твердость, которая сохранялась примерно до 25 мм от торца, затем наблюдались максимумы твердости на расстоянии 30 и 48 мм, которые были вызваны распадом β-фазы вследствие более медленного охлаждения с образованием соответственно ω- и α-фаз. При еще большем удалении от торца β-фаза настолько обогащалась β-стабилизаторами, что не испытывала превращении при охлаждении.
На рис. 74 изображено изменение твердости по длине образцов, подвергнутых после торцовой закалки старению при 500° С в течение 1 ч (кривые 2). Малый эффект упрочнения при старении образца после торцовой закалки с 1000° С обусловлен тем, что в структуре этого образца было много мартенсита α' и мало мартенсита α" и β-фазы. Большой эффект старения после закалки с 900° С почти по всей длине образца связан с распадом фаз α'' и β, количество которых довольно велико после закалки по этому режиму. Понижение температуры нагрева под закалку до 850° С увеличивало количество первичной α-фазы, не участвовавшей в старении, и уменьшало количество фаз α" и β, дающих упрочнение при старении.
О прокаливаемости титановых сплавов также судят, сопоставляя распределение свойств в сечении закаленных и состаренных цилиндров разного диаметра. В том случае, когда диаметр достаточно велик, цилиндр не прокаливается насквозь и прочностные характеристики снижаются от поверхности к центру. При уменьшении диаметра размер непрокаленной зоны уменьшается и при определенном диаметре свойства по всему сечению цилиндра будут практически постоянными. Таким образом удается оценить критическое сечение изделия - наибольший диаметр, при котором цилиндр прокаливается насквозь.
В рядя случаев о прокаливаемости судят по расстоянию от поверхности до области, в которой происходит 50%-ное снижение эффекта упрочнения в результате закалки и старения (по сравнению со свойствами в отожженном состоянии). В таком случае критический диаметр соответствует размерам цилиндра, в котором эффект упрочнения от закалки и старения в центре цилиндра составляет 50% от упрочнения на поверхности.
Еще один способ повышения прокаливаемости — применение мягкой закалки. Так, например, прокаливаемость сплава Ti6Al6V2Sn2Zr после мягкой закалки составляет 150 мм, в то время как после закалки в воде 80 мм, а после охлаждения на воздухе 120 мм. Прокаливаемость титановых сплавов можно также улучшить, применяя при закалке регламентированные скорости охлаждения.
Прокаливаемость титановых сплавов

Анализ опубликованных данных по зависимости прочности и твердости титановых сплавов от расстояния до поверхности показал, что тангенс угла наклона прямых свойство — расстояние от поверхности величина примерно постоянная для данного сплава и мало зависит от режима термической обработки, вида деформации, степени изменения структуры при деформации. Последние факторы влияют только на общий уровень прочности (твердости), но не тангенс угла наклона прямых свойство — расстояние, который зависит главным образом от химического состава сплава. Эту закономерность иллюстрирует рис. 76 на примере сплава ВТ6. Возможные колебания твердости на разных расстояниях от поверхности при различных режимах деформации и термической обработки образуют «полосу прокаливаемости». Титановые сплавы по уменьшению угла наклона прямых свойство — состав, т. е. по увеличению прокаливаемости, располагаются в следующем порядке: ВТ6, ВТ3-1, ВТ22, BT15.