3.1 Фазові перетворення в титанових сплавах

При невеликих швидкостях охолодження основне перетворення fP-Ti відбувається шляхом утворення та росту зародків нової фа-

зи. При швидкому охолодженні р-фаза перетворюється у а-фазу у від­повідності до принципу орієнтаційної та розмірної відповідності. За таких умов а-фаза зростає, переважно, у вигляді пластин. Якщо тита­нові сплави мають в структурі дві фази (а+р) при охолодженні а-фазане змінюється і має вигляд світлих поліедричних зерен, р-фаза пере­творюється в а- на межах або в середині зерен, нова а-фаза має плас­тинчасту будову. Повністю рівноважну структуру титанового сплаву можна отримати деформацією в а- або (а+Р)- області з наступним ре­кристалізаційним відпаленням при температурі нижче однофазної Р-області (щоб уникнути росту зерна). У сплавах системи Ті-АІ або в сплавах з високим вмістом алюмінію утворюється а2-фаза з впорядко­ваною структурою, атоми алюмінію займають певні місця у вузлах ге­ксагональної гратки сполуки Ті3АІ. Поява такої фази викликає зни­ження пластичності.

При швидкому охолодженні (У>Укр.) перетворення в сплавах проходить за мартенситним механізмом. Температура початку та кінця мартенситного перетворення залежить від вмісту легуючих елементів (рис. 3.3). Чим вище вміст р-стабілізаторів, тим нижче температури початку (Мн) та кінця (Мк) мартенситного перетворення.

і. °С і ґ,°сл 882*^ 882^

Рисунок 3.3 - Фазовий склад титанових сплавів з евтектоїдоутворювачами (а) та ізоморфними (б) р - стабілізаторами після гартування з р - області

Якщо кількість р-стабілізаторів невелика (вміст елемента мен­ше Скр') при охолодженні зі швидкістю понад 25°С/с з достатньо висо­ких температур, утворюється а'-фаза - пересичений твердий розчин легуючих елементів в ГЩП-гратці, фаза має голчасту морфологію (рис. 3.4, а). Перетворення в цьому випадку проходить до кінця. При гартуванні з р-області метастабільні фази існують в усьому об'ємі ви­хідного зерна, при охолодженні з а+р-області - у прошарках поміж пластин первинної а-фази. Якщо вміст л.е. знаходиться в межах Скр'-Скр'' мартенситне перетворення проходить не до кінця. В структу­рі зберігається залишкова р-фаза, яка при Т<ТШ перетворюється в со-фазу, когерентно пов'язану з р-фазою. Структура при кімнатній тем­пературі складатиметься з а'+со+р (рис. 3.4, б).

 

а - Ті+2%Єг - а'-фаза; б - Ті+4%Єг - а'-, Р- ,со- фази; в - Ті+6%Єг - Р-фаза. х300; г - Ті+8%МП- а''-фаза, х 1300 Рисунок 3.4 - Мікроструктура сплавів титану після гартування з температур, що відповідають Р-області [ 1 ]

При концентрації Р-стабілізатора від Скр"-Скр"' мартенситне пе­ретворення не відбувається, але Р-фаза здатна перетворюватися на со-фазу (з гексагональною граткою). Фаза со утворюється бездифузійно за зсувним механізмом, має когерентний зв'язок з Р-фазою, при спосте­реженні за допомогою світлового мікроскопу не виявляється. Струк­тура в цьому випадку: р+со. Фаза со підвищує крихкість сплавів. При концентраціях понад Скр''' при гартуванні фіксується однофазна Р-структура (рис.3.4, в). У випадку, коли сплави містять квазіізоморф-ні та ізоморфні р-стабілізатори, а'-фаза утворюється при гартуванні лише до певної концентрації. При більших концентраціях р перетво­рюється на мартенсит а''- з ромбічною граткою (рис.3.4, г). Фазовий склад, загартованих з р-області сплавів змінюється послідовно: а (а ), а"+Р+со, Р+со, рмет. Фази, що утворюються при гартуванні є метастабі­льними. При переході від а до а міцність та твердість сплавів змен­шується, пластичність - зростає. со-фаза утворюється безпосередньо в Р-фазі, при її появі пластичність зменшується (рис. 3.5).

 

Сг, % (мас)

10 12 14

Мо, % (мас)

б

Рисунок 3.5 - Механічні властивості сплавів титану з хромом (а), молібденом (б) після гартування з Р-області

При нагріванні загартованих титанових сплавів починається розпад метастабільних фаз - пересичених твердих розчинів та мартен-ситних фаз. Зміцнення пов'язано, переважно, із розпадом а''- фази та метастабільної р-фази. Процес розпаду мартенситу (а'')- відбувається при температурах вище 300-400°С. Існують декілька схем розпаду ма­ртенситу:

1. а"—ж" (збіднена Р-стабілізаторами)+Р—ж'+р—ж+р.

2. а ' ' —а ' ' (збагачена Р-стабілізаторами)+а—Рнерівн+а—а+Р.

3. а ' ' —а ' '  (збагачена Р-стабілізаторами) + а ' '  (збіднена Р-стабілізаторами) — Рнерівн+а '—а+Р.

При високих температурах старіння метастабільна Р-фаза розпа-

1. Р—а.

2. Р   ^Рпроміжна+а    ^Рпроміжна+а +а ^[3+а.

3. Р—Рзбаг.+Рзбідн.—Р+а.

При температурах нижче 500°С розпад метастабільної Р-фази починається з формування с -фази. Процес є можливим навіть при кі­мнатній температурі.

Для сплавів з вмістом легуючих елементів Скр '-Скр ' ' діаграма ізо­термічного перетворення представлена на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 - Діаграма ізотермічного перетворення Р-твердого розчину на основі титану, вміст р -стабілізаторів Скр'-Скр ' '

Лінія 1 відповідає початку, а лінія 2 - завершенню розпаду Р-фази за схемою Р—а. Лінії 3 та 4 відповідають початку та завер­шенню розпаду мартенситу, 5 - лінія, що обмежує область існування со-фази. Точка Мк лежить нижче кімнатної температури. При вмісті Р-стабілізаторів понад Скр ' ' ' мартенситне перетворення не відбуваєть­ся, отже на діаграмі в цьому випадку відсутні лінії 3 та 4.