» » Влияние термообработки в вакууме на фазовый состав, структуру и свойства гранул титановых сплавов
15.01.2016

Быстрозакаленные сферические порошки жаропрочных титановых сплавов поддаются уплотнению только при высоких температурах. Поэтому важно иметь представление о влиянии термообработки на структуру и фазовый состав быстрозакаленных порошков (гранул) титановых сплавов.
Наиболее распространенная β-стабилизирующая добавка в титановых сплавах — молибден — приводит к формированию в быстрозакаленных гранулах сплава Ti—6Мо дендритной структуры. Рентгеноструктурный анализ выявляет присутствие в структуре двух мартенситных фаз: α' и α". Термообработка при 500—600 °С приводит к распаду образовавшихся в результате быстрого охлаждения α'- и α"-фаз и появлению стабильных α- и β-фаз. Дальнейшее повышение температуры сопровождается их коагуляцией.
Зависимость микротвердости от температуры изохронного отжига характеризуется наличием максимума при температуре 500 °С, при которой происходит интенсивный распад. При этом микротвердость традиционного слитка практически не зависит от температуры аналогичной термообработки.
Большой эффект упрочнения при старении (микротвердость повышается на 2000 МПа) наблюдается в (α+β)-титановых сплавах мартенситного класса. В традиционном литом сплаве подобного эффекта не обнаружено. Гранулы этих сплавов имеют в основном дендритное строение и характеризуются наличием мартенситных фаз α' и α", образовавшихся при высоких скоростях охлаждения. Исходная структура сохраняется в гранулах до температуры 500 °С. При повышении температуры старения до 600 °С происходит мелкодисперсный распад мартенситных фаз α', α" и появляются стабильные α-, β-фазы. Это сопровождается появлением максимума на кривой микротвердость — температура термообработки.
При увеличении времени выдержки при 600 °С с 1 до 25 ч снижается микротвердость с 5000 до 3000 МПа, при дальнейшем увеличении выдержки до 100 ч микротвердость меняется незначительно.
В исходном состоянии в быстрозакаленных гранулах сплавов типа ВТЗ-1 наряду с дендритным типом встречается структура мартенситного типа. Изохронный отжиг гранул в интервале температур 400—1000 °С в течение 1 ч приводит к формированию двух типов структур. Дисперсная смесь α- и β-фаз образуется в гранулах с исходной дендритной структурой; пластинчатая (α+β)-структура формируется в гранулах с однородной мартенситной структурой.
Микроструктура гранул (α+β)-титанового сплава переходного класса критического состава ВТ22 в исходном состоянии имеет дендритное строение. Термообработка при 500 °С приводит к распаду пересыщенного твердого раствора, сопровождающемуся максимальным эффектом упрочнения как в гранулах, так и в литом металле.
При этом твердость быстрозакаленного сплава почти в два раза выше твердости традиционного слитка, что говорит о существенно большей степени пересыщения образующегося в первом случае β-твердого раствора. В области температур 800—900 °С, при которых обычно производят деформацию сплава, микротвердость гранулированного сплава почти в 1,5 раза превышает микротвердость литого материала.
Сплав ВТ15 относится к группе стареющих β-сплавов. В исходном состоянии быстрозакаленным гранулам этого сплава присущ дендритный характер структуры, сохраняющийся при термообработке до температуры 500 °С. При 600 °С в сплаве наблюдается распад исходной структуры с образованием полиэдрических зерен β-фазы и выделением частиц α-фазы внутри них.
Таким образом, высокие скорости охлаждения (10в3—10в4 К/с) приводят к фиксации в сплавах с β-стабилизирующими элементами метастабильных фаз, распад которых при температурах вакуумного отжига порядка 500—600 °С в течение 1 ч сопровождается существенным эффектом упрочнения. Эффект упрочнения стареющих сплавов типа ВТ22 после быстрой закалки расплава заметно выше, чем при термообработке слитка.