Повышение прочностных характеристик титановых сплавов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №28 (132) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 15.12.2016

Статья просмотрена: 170 раз

Библиографическое описание:

Яшкова С. С., Бобков Н. В. Повышение прочностных характеристик титановых сплавов // Молодой ученый. — 2016. — №28. — С. 215-217. — URL https://moluch.ru/archive/132/36752/ (дата обращения: 11.12.2018).



Современное машиностроение трудно представить без термической обработки. С её помощью можно повысить прочностные характеристики любого металла (Рис. 1). В нашей статье речь пойдет о термической обработке титановых сплавов. В зависимости от состава и назначения их можно подвергать таким видам термической обработки как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка.

induction_coil.jpg

Рис. 1. термическая обработка металла

Изделия из титана чаще всего применяются в авиа и ракетостроении. Например, наиболее трудоемким является производство моноколеса (Рис. 2), представляющего собой диск с лопатками для забора воздуха. Всем известно, что остаточные напряжения после проточки лопастей, могут согнуть лопатки, приведя изделие в негодность. А так как титан металл не из дешевых, то такой брак, нанесет серьёзный ущерб предприятию. Для снятия остаточных напряжений применяется термическая обработка готовых изделий.

12352_tina_kandelaki_rostec_russia_delitsya_no_140219.jpg

Рис. 2. Моноколесо

Чаще всего изделия из титана подвергают отжигу. Нагрев до 870–980град и далее выдержка при 530–660град. Широко применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозийному растрескиванию. Для снятия небольших внутренних напряжений применяют неполный отжиг при 550–650 град. Титановые сплавы имеют низкое сопротивление износу и при использовании в узлах трения подвергаются химико-термической обработке. Для повышения износостойкости титан азотируют при 850–950 град в течение 30–60 часов в атмосфере азота (слой 0,05–0,15 мм). ВТ5 хорошо обрабатывается давлением и сваривается. ВТ6 обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой. ВТ14 применяют для изготовления тяжелонагруженных деталей. Сплав упрочняется закалкой (Рис. 3) при 850–880град в воде с последующим старением при 480–500град 12–16 часов. ВТ8 применяют после изотермического отжига. Для фасонного литья применяют сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами.

termoobrabotka_metallov1.JPG

Рис. 3 Термическая обработка в печи

Рассмотрено влияние интенсивной пластической деформации и режимов обработки на структуру и механические свойстватитанового сплава ВТ6. Показано, что применение всесторонней изотермической ковки (ВИК) и оптимальных режимов последующей термической и термомеханической обработки позволяет получить в сплаве повышенные прочностные свойства. Так, после ВИК и последующей закалки с температуры 960 °С с последующим старением при температуре 480 °С достигаются предел прочности σ = 1540 МПа и условный предел текучести ψ = 1485 МПа при удовлетворительном уровне относительного удлинения σ = 7 % и относительном сужении ψ = 34 %. Повышенныемеханические свойстваявляются результатом формирования мелкозернистой глобулярной микроструктуры в ходе ВИК, а также наследования дислокационной структуры деформации, которые позволяют при старении получить высокодисперсные продукты распада, обеспечивающие высокие прочностные характеристики.

Принципы выбора режимов отжига титана и его сплавов.

Отжиг первого рода, включающий рекристаллизационный, дорекристаллизационный отжиг и отжиг для уменьшения остаточных напряжений, в чистом виде применим лишь для α-сплавов и β-сплавов с термодинамически устойчивой β-фазой. В псевдо-α-, типичных α+β-и β-сплавах с термодинамически неустойчивой β-фазой на рекристаллизационные процессы могут накладываться фазовые превращения. Вклад фазовых превращении в формирование структуры и свойств сплавов наибольший при рекристаллизационном и дорекристаллизационном отжиге и наименьший при отжиге с целью снятия остаточных напряжений [1]. Если температура отжига для уменьшения остаточных напряжений достаточно низка, то фазовые превращения могут не развиваться и не влиять на структуру и свойства псевдо-α, α+β- и β-сплавов (с термодинамически неустойчивой β-фазой). Гомогенизационный отжиг для титановых сплавов не применяют из-за его малой эффективности.

Дорекристаллизационный отжиг основан на явлениях возврата I рода (отдыха) и II рода (полигонизации). Его проводят с целью, если не для полного, то хотя бы частичного снятия нагартовки, внесенной в металл предшествующей пластической деформацией. В титане и малолегированных сплавах на его основе при дорекристаллизационном отжиге нагартованный металл существенно разупрочняется, что связано с довольно большой в них энергией дефектов упаковки. Вследствие этого легко развивается полигонизация, в ходе которой существенно снижается средняя плотность дислокаций.

В термически упрочняемых сплавах, в частности в β-сплавах, полигонизация развивается при тех же температурах, при которых распадается метастабильная β-фаза. В тех случаях, когда температура деформации и скорости охлаждения после деформации были достаточно высокими, в деформированных полуфабрикатах фиксируется термодинамически нестабильная β-фаза. При нагреве деформированных полуфабрикатов до 500–700° С в них происходят не только процессы возврата и полигонизации, но и распад метастабильной β-фазы. Свойства отожженных титановых сплавов существенно зависят от того, что произойдет раньше — полигонизация или распад β-фазы.

В неполигонизованных титановых β-сплавах распад β-фазы при старении обычно протекает очень неоднородно по объему зерна, что приводит к низким пластическим характеристикам. После полигонизации метастабильная β-фаза распадается равномерно, что обусловливает повышенный комплекс механических свойств сплава и большую их однородность [2].

Выводы.

На данном этапе понятно, что термическая обработка заметно улучшает характеристики титановых сплавов, дальнейшей целью наших исследований стоит определение наилучших параметров для обработки титанового сплава ВТ6 и исследование прочностных характеристик для каждого из режимов, подобранных экспериментальным путем.

Литература:

  1. Gao P. F., Fan X. G. & Yang, H. (2017). Role of processing parameters in the development of tri-modal microstructure during isothermal local loading forming of TA15 titanium alloy. Journal of Materials Processing Technology, 239, 160–171. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.08.015
  2. Wang, Z., Wang, X. & Zhu, Z. (2017). Characterization of high-temperature deformation behavior and processing map of TB17 titanium alloy. Journal of Alloys and Compounds, 692, 149–154. http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.012
Основные термины (генерируются автоматически): термическая обработка, сплав, отжиг, последующее старение, химико-термическая обработка, напряжение, свойство, титан.


Похожие статьи

Лазерное поверхностное упрочнение | Статья в журнале...

В зависимости от состава и назначения заготовки, её можно подвергать разным видам упрочняющей обработки таким, как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка, а также поверхностное упрочнение лазером.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Поэтому целью работы было выявить условия формирования в железоуглеродистых сплавах карбидов цементитного типа и

Увеличение долговечности тяжелонагруженных деталей транспортных машин методом конвекционно-индукционной химико-термической обработки.

Исследование влияния различных режимов ионного азотирования...

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки металла или сплава, в результате которого в приповерхностном слое материала образуются химические соединения — нитриды.

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева...

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева металла в печи отжига предприятия «ПромметизРусь».

В силу незначительной термической массивности проволоки (Bi < 0,1; Sk < 0,15) [2] температурным перепадом по сечению проволоки можно пренебречь и...

Теоретические основы повышения стойкости режущего...

диффузионная металлизация, коррозионная стойкость, насыщение поверхности деталей, сплав, химико-термическая обработка, физическое осаждение, термическая обработка, твердый сплав...

Исследование проблем обработки алюминия | Статья в журнале...

Сплав 1201 — высокопрочный термически упрочняемый свариваемый сплав системы Al-Cu-Mn.

Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства нефтяного сырья.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

Процесс обработки автоматизирован [1]. Таким образом, предлагаемая технология позволяет увеличить твердость поверхностного слоя резца минимум на 20 % по сравнению с обычной термической обработкой.

Плазменное электролитическое оксидирование как способ...

Химико-термическая обработка – это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего происходит изменение состава и

Данный метод не требует применения дорогих высокопрочных сплавов и сложных технологий обработки.

Лазерное поверхностное упрочнение | Статья в журнале...

В зависимости от состава и назначения заготовки, её можно подвергать разным видам упрочняющей обработки таким, как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка, а также поверхностное упрочнение лазером.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Поэтому целью работы было выявить условия формирования в железоуглеродистых сплавах карбидов цементитного типа и

Увеличение долговечности тяжелонагруженных деталей транспортных машин методом конвекционно-индукционной химико-термической обработки.

Исследование влияния различных режимов ионного азотирования...

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки металла или сплава, в результате которого в приповерхностном слое материала образуются химические соединения — нитриды.

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева...

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева металла в печи отжига предприятия «ПромметизРусь».

В силу незначительной термической массивности проволоки (Bi < 0,1; Sk < 0,15) [2] температурным перепадом по сечению проволоки можно пренебречь и...

Теоретические основы повышения стойкости режущего...

диффузионная металлизация, коррозионная стойкость, насыщение поверхности деталей, сплав, химико-термическая обработка, физическое осаждение, термическая обработка, твердый сплав...

Исследование проблем обработки алюминия | Статья в журнале...

Сплав 1201 — высокопрочный термически упрочняемый свариваемый сплав системы Al-Cu-Mn.

Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства нефтяного сырья.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

Процесс обработки автоматизирован [1]. Таким образом, предлагаемая технология позволяет увеличить твердость поверхностного слоя резца минимум на 20 % по сравнению с обычной термической обработкой.

Плазменное электролитическое оксидирование как способ...

Химико-термическая обработка – это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего происходит изменение состава и

Данный метод не требует применения дорогих высокопрочных сплавов и сложных технологий обработки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Лазерное поверхностное упрочнение | Статья в журнале...

В зависимости от состава и назначения заготовки, её можно подвергать разным видам упрочняющей обработки таким, как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка, а также поверхностное упрочнение лазером.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Поэтому целью работы было выявить условия формирования в железоуглеродистых сплавах карбидов цементитного типа и

Увеличение долговечности тяжелонагруженных деталей транспортных машин методом конвекционно-индукционной химико-термической обработки.

Исследование влияния различных режимов ионного азотирования...

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки металла или сплава, в результате которого в приповерхностном слое материала образуются химические соединения — нитриды.

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева...

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева металла в печи отжига предприятия «ПромметизРусь».

В силу незначительной термической массивности проволоки (Bi < 0,1; Sk < 0,15) [2] температурным перепадом по сечению проволоки можно пренебречь и...

Теоретические основы повышения стойкости режущего...

диффузионная металлизация, коррозионная стойкость, насыщение поверхности деталей, сплав, химико-термическая обработка, физическое осаждение, термическая обработка, твердый сплав...

Исследование проблем обработки алюминия | Статья в журнале...

Сплав 1201 — высокопрочный термически упрочняемый свариваемый сплав системы Al-Cu-Mn.

Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства нефтяного сырья.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

Процесс обработки автоматизирован [1]. Таким образом, предлагаемая технология позволяет увеличить твердость поверхностного слоя резца минимум на 20 % по сравнению с обычной термической обработкой.

Плазменное электролитическое оксидирование как способ...

Химико-термическая обработка – это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего происходит изменение состава и

Данный метод не требует применения дорогих высокопрочных сплавов и сложных технологий обработки.

Лазерное поверхностное упрочнение | Статья в журнале...

В зависимости от состава и назначения заготовки, её можно подвергать разным видам упрочняющей обработки таким, как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка, а также поверхностное упрочнение лазером.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Поэтому целью работы было выявить условия формирования в железоуглеродистых сплавах карбидов цементитного типа и

Увеличение долговечности тяжелонагруженных деталей транспортных машин методом конвекционно-индукционной химико-термической обработки.

Исследование влияния различных режимов ионного азотирования...

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки металла или сплава, в результате которого в приповерхностном слое материала образуются химические соединения — нитриды.

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева...

Исследование температурно-тепловых режимов нагрева металла в печи отжига предприятия «ПромметизРусь».

В силу незначительной термической массивности проволоки (Bi < 0,1; Sk < 0,15) [2] температурным перепадом по сечению проволоки можно пренебречь и...

Теоретические основы повышения стойкости режущего...

диффузионная металлизация, коррозионная стойкость, насыщение поверхности деталей, сплав, химико-термическая обработка, физическое осаждение, термическая обработка, твердый сплав...

Исследование проблем обработки алюминия | Статья в журнале...

Сплав 1201 — высокопрочный термически упрочняемый свариваемый сплав системы Al-Cu-Mn.

Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства нефтяного сырья.

Технология плазменной обработки режущего инструмента

Процесс обработки автоматизирован [1]. Таким образом, предлагаемая технология позволяет увеличить твердость поверхностного слоя резца минимум на 20 % по сравнению с обычной термической обработкой.

Плазменное электролитическое оксидирование как способ...

Химико-термическая обработка – это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего происходит изменение состава и

Данный метод не требует применения дорогих высокопрочных сплавов и сложных технологий обработки.

Задать вопрос