Химический состав некоторых титановых сплавов

Структурный тип	Марка сплава	Химический состав, %
Al	Mo	Cr	V	прочие
a	ВТ5-1	4,5…6	-	-	-	2…3 Sn
a+b	ВТ3-1 ВТ6 ВТ8	5,5…7 5,5…7 6…7,3	2…3 - 2,8…3,8	1…2,5 - -	- 4,2…6 -	0,15…0,40 Si 0,2…0,7 Fe - 0,2…0,4 Si
b	ВТ15	2,3…3,6	6,8…8	9,5…11	-	-

Рассмотрим фазовые превращения на примере сплавов титан – молибден. Сплавы нагревали в область и твердого раствора b и после выдержки проводили закалку. Получаемые структуры представлены на диаграмме (рис. 21).

Рис. 21. Структуры, получаемые в сплавах титан-молибден различного

химического состава после закалки из области твердого раствора b

На диаграмме линии М_н и М_к показывают температуры начала и окончания мартенситных превращений. В зависимости от содержания легирующего элемента (Мо, %) происходит три разновидности мартенситного превращения:

1. При С < С₁

Фаза a¢ является перенасыщенным твердым раствором замещения легирующих элементов в Ti_a с несколько искаженной гексагональной кристаллической решеткой. Упрочнение сплава слабое при удовлетворительной пластичности.

2. В случае С₁ < С < С₂ происходит превращение

Фаза a¢¢ представляет собой перенасыщенный твердый раствор в Ti_a с ромбической кристаллической решеткой. В результате снижается прочность и твердость сплава, увеличивается пластичность.

3. При концентрации легирующего элемента С₂ < С< С₃ (частично) и С₃< < С < С₄ имеет место следующее превращение:

Фаза w с гексагональной кристаллической решеткой образуется при закалке внутри b-фазы путем смещения атомов и когерентно с ней связана. Формирование w-фазы сильно охрупчивает сплавы титана и является нежелательным.

При концентрации легирующего элемента С > С₄, в результате закалки сплавы сохраняют структуру исходного твердого раствора b, которую они получили при нагревании выше температуры Ас₃.

Процессы, происходящие при термической обработке конкретных титановых сплавов, описываются диаграммами изотермического превращения переохлажденного твердого раствора b (рис. 22).

Рис. 22. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного

твердого раствора b в сплаве титана с 8 % молибдена (С₂ < С< С₃) (см. рис. 21)

На диаграмме видно три интервала различных фазовых превращений:

· при t = 500…800 °С происходит превращение b ® a с сохранением некоторого количества остаточной b-фазы;

· при t = 350…500 °С образование a-раствора развивается через получение промежуточной хрупкой w-фазы;

· при t < 350 °С (М_н) b-раствор превращается в фазу a¢¢ (мартенситное превращение).

При последующем старении закаленных титановых сплавов при концентрации С₂ < С< С₃ происходит распад мартенситной a¢¢-фазы и остаточной b-фазы:

1. a¢¢® b + a;

2. b ® b + a; (при температуре старения t _ст> 500 °С);

b ® b + w ® b + a (при температуре старения t _ст<500 °С).

В процессе старения закаленных сплавов происходит упрочнение (рис.23).

Рис. 23. Изменение прочности сплава Ti-8Mo при старении и схема микроструктуры

Для титановых сплавов применяют следующую термическую обработку:

· отжиг рекристаллизационный деформированных сплавов при 670… 850 °С в вакууме или среде инертного газа;

· закалка и старение с целью упрочнения. Упрочнение зависит от количества b и a-фазы;

· азотирование в среде азота при температуре 850…950 °С с выдержкой 30…60 часов. Толщина слоя d = 0,05…0,15 мм, твердость HV 750…900.