Какая структура образуется в результате закалки?

Превращения при закалке в титановых сплавах в принципе похожи на соответствующие превращения в стали. При медленном охлаждении образуется полиэдрическая структура a-твердого раствора, а при быстром – игольчатая мартенситная структура, обозначаемая a¢ или при большей степени легированности - a². Кристаллическая структура a, a¢ и a² практически одинакова (г.п.у.), однако решетка пересыщенных твердых растворов a¢ и a²более искажена при высокой скорости охлаждения. В результате фазовой перекристаллизации происходит измельчение зерна, что положительно сказывается на их пластических свойствах.    

Фазовые превращения b«a в титановых сплавах при закалке (быстром охлаждении) происходят по сдвиговому механизму, типичному для мартенситного превращения. Структура титановых сплавов в процессе закалки зависит от скорости охлажде­ния из β-области и от концентрации элементов в сплаве (рис. 5.4, а, б).

Рис. 5.4. Структуры, которые получаются при закалке из β-области сплава титана: а) – с β-изоморфными стабилизаторами; б)– с β-эвтектоидными стабилизаторами

 В сплавах титана с β-изоморфными и β-эвтектоидными стабилизаторами при закалке образуется игольчатая мартенситная структура, обозначаемая α' (рис. 5.4, а) или при большей степени легированности - α" (рис. 5.4,б). При нагреве закаленного титанового сплава происходит распад мартенсита: из a¢- и a²-фаз выделяются b-фаза или интерметаллидная фаза – TiX.

Пунктирные линии Мn и Мк соответствуют температурам начала и конца превращения β-фазы по мартенситному типу. Видно, что температуры Мn и Мк зависят от концентрации элемента в сплаве. По мере увеличения концентрации β-стабилизаторов в титановых сплавах происходит снижение температуры начала мартенситного превращения.

При концентрациях С другого компонента в сплаве, когда С'кр<С<С"кр часть β-фазы, а при С"кр < С < С'"кр, когда температура мартенситного превращения становится ниже комнатной, — вся β-фаза сохраняется при комнатной температуре не превращенной. (Концентрации С'кр и С"кр названы первой и второй критической концентрацией соответственно). β-фаза, полученная в этих сплавах при длительном нагружении распадается. Поэтому ее называют механически нестабильной, обычно обозначаемой β(ω). Старение сплавов со структурой β(ω), во избежание сильного охрупчивания, связанного с образованием метастабильной промежуточной ω-фазы (когерентной решетке β-твердого раствора), производится при более высокой температуре 500-550°C

При концентрациях элемента в сплавах больше С (рис.5.4,б) это явление не наблюдается и β-фазу называют механически стабильной. Однако β-фаза в этих сплавах является термодинамически нестабильной: из нее при нагреве (старении) выделяются дисперсные частицы α-фазы.

Как видно из рис. 5.4, а, б, в зависимости от состава сплава после закалки могут образоваться весьма разные фазы:

1) при С<С'к_Р — мартенсит α' (α");

2) при С'кр>С>С''к_Р — мартенсит α' (α") + переохлажденный β (ω)-твердый раствор;

3) при С''кр >С> С'"кр — переохлажденный β(ω)-твердый раствор;

4) когда С>С'"кр—β-твердый раствор.

Сравните мартенсит в стали и мартенсит в титановых сплавах.

a¢-мартенсит в титановых сплавах мало отличается по прочности от равновесной a-фазы, столь существенного упрочнения, как в сталях, в титановых сплавах не происходит.