Материал: Физическое металловедение титана

сплавах системы Ti—Zr—О при температурах 400—430°С был обнаружен пик примерно в десять раз более интен­ сивный, чем б двойных сплавах Ti—О, при тех же содер­ жаниях кислорода. Так, в частности, в сплаве Ti-f-0,09% (ат.) Ог высота пика составляла 0,5-10~5, а в сплаве Ti+0,09% (ат.) 0 2+1% (ат.) Zr 7 -10-5. Энергия актива­ ции процессов, ответственных за образование пика в сплавах Ti—О—Zr, меньше (40800, кал/моль), чем в

внутреннего трения, сходный с кислородным пиком. Этот пик наблюдается при температурах, близких к 400°С при частоте 0,80 Гц. С повышением частоты колебаний пик, обусловленный углеродом, смещается к более высоким температурам. Энергия активации процессов, ответствен­ ных за образование углеродного пика, равна 48 500 кал/ /моль. Высота углеродного пика пропорциональна квад­ рату концентрации растворенного углерода (рис. 22,6). По мнению авторов работы [28, с. 401], углеродный пик, как и кислородный, обусловлен релаксационными про­ цессами, связанными с переориентацией пар атомов С—С в ноле напряжений.

Пик внутреннего трения, обусловленный азотом, на­ блюдается при температурах примерно 515°С. Исследо­ вание этого пика затруднено из-за сильного фона, свя­ занного с зернограничной релаксацией. Тем не менее

57

можно считать, что азотный пик внутреннего трения обусловлен теми же причинами, что и пики -внутреннего тре­ ния, связанные с внедренными атомами кислорода и уг­ лерода. Бор не дает в а-титане пиков внутреннего трения [30, с. 883]. В р-титановых сплавах Ti-|-17°/0 Mo, Ti-f- +43% Mo, Ti+56%’ V, кроме углеродного, кислородного и азотного пиков Сноека, были обнаружены максимумы внутреннего трения, вызванные фазовыми превращения-

. ми, протекающими в метастабилыюй p-фазе (р—*а; р~’ “ ’“со; © *а) при нагреве. Пик Сноека, обусловленный присутствием кислорода в p-фазе, найден в сплавах Ti+ + 2% Al+3,4% V и Ti+6% Al+4% V [30', с. 883]..

При введении водорода в титане также наблюдаются максимумы внутреннего трения [28, с. 393]. В техниче­ ски листом титане и сплаве Ti,+ 3,06%. А1 обнаружены

/Г*ГО"4.

Температура, °С

Рис. 23. Температурная зависимость внутреннего трепня в отожженных (а) и закаленных с 3509С (о) сплавах титана с 5; 9; 19 и 30, % (ат.) водорода [28, с. 393J

два пика внутреннего трения на частоте 1,7 Гц при тем­ пературах —73 и —13°С. Высота этих пиков возрастает пропорционально концентрации водорода в металле вплоть до 30% (ат.) (рис. 23).

58

Поскольку растворимость водорода в а-тнтане при температурах ниже 125°С составляет менее 0,05% (ат.), то описанные пики внутреннего трения в титане, несом­ ненно, связаны с гидридами. Растворимость водорода в сплаве Ti-|-3,06% А1 при температурах от комнатной до 700°С не превышает 1,0% (ат.), так что и в этом сплаве пики внутреннего трения имеют ту же природу, что п в титане. Об этом же свидетельствует тот факт, что пики внутреннего трения в титане и в сплаве Ti+3,06 % А1 на­

16 000 кал/(г-атом). Энергия активации для низкотемпе­ ратурного пика (11 000- кал/г-атом) довольно близка по значениям к энергии активации при диффузии водорода в гидриде титана, равной, по различным данным, 9 400; 10 400 и 10 500 кал/(г-атом) [28, с. 393]. Поэтому можно полагать, что низкотемпературный пик обусловлен восхо­ дящей диффузией атомов водорода в гидриде титана и образованием в поле напряжений упорядоченного рас­ положения атомов водорода в междоузлиях.

Природа высокотемпературного пика не полностью ясна, но авторы работы [28, с. 393] полагают, что он то­ же обусловлен восходящей диффузией атомов водорода в поле напряжений, а разная энергия активации пиков связана с разной высотой потенциальных барьеров при диффузии по схеме тетра^тетрапора и октапора—’"гет- рапора. По крайней мере, в гидриде циркония энергия активации, равная 12 400 кал/(г-атом), соответствует диффузии по схеме тетратюра^тетрапора, а 15 000 (кал/

оказывает термическая обработка. Оба пика имеют наи­ большую высоту после закалки с 350°С (рис. 23,6). При этой температуре концентрация водорода в гидриде ми­ нимальна. Отсюда следует, что высота пика, обусловлен­ ного водородом, определяется не только количеством гидрида, но и концентрацией вакантных, незаполненных атомами водорода, междоузлий в структуре гидрида.

Водородный пик внутреннего трения был также обна­ ружен в (а-ЬР)- и р-титановых сплавах Ti-1-3,25% Мл, Г4-5,95% Мл; Ti+2,72% Fe; Ti+7% Fe; Ti+20% Mo; Ti-}-13% V-|-11 % Cr-|-3% A1 [28,0.393.] При частоте

59

70 Гц пик внутреннего трения в этих сплавах наблюдает­ ся при температурах от —160 до —180°С. Высота этого пика линейно возрастает с увеличением содержания во­ дорода до тех пор, пока не появляются гидриды. Если за­

внутреннего трения при —160— —180°С связан с релак­ сационными явлениями, происходящими в (3-фазе.

Водородный пик внутреннего трения в p-фазе доволь­ но широк и его форма не соответствует нормальному распределению. К тому же на форму водородного пика существенно влияют легирующие элементы. Поэтому пик внутреннего трения, обусловленный растворенным в p-фазе водородом, нельзя объяснить одним релаксацион­ ным явлением с одной энергией активации. Эксперимен­ тальные данные наилучшим образом описываются двумя релаксационными пиками со следующими характеристи­ ками: 1) £=4560 кал/(г-атом) для пика при —184°С и 2) £=5840 кал/(г-атом) для пика при —164°С.

Поскольку коэффициент диффузии водорода -в (3-тита- иовых сплавах составляет (по разным данным) от 5140 до 6000 кал/моль [4], товодородные пики внутреннего трения могут быть связаны с диффузионным перераспре­ делением атомов (ионов) водорода в поле напряжений внутри p-фазы. Эти пики по своей природе близки к из­ вестным пикам Сноека, которые дают примеси внедрения (С, N, О) в о. ц. к. металлах.

ДИСЛОКАЦИИ В ТИТАНЕ

ИЕГО СПЛАВАХ

Вметаллах с г. п. у. структурой имеется три типа

стабильных полных дислокаций «с векторами Бюргереа

[10]: а, с и а+с. Эти дислокации представлены на рис. 24 в форме стандартной бипирамиды, аналогичной тетраэд­ ру Томсона для г. ц. к. металлов.

Векторы Бюргерса дислокаций типа а направлены

вдоль осей аи йъ, аз гексагональной системы координат и

по длине равны параметру а г. п. у. решетки. Рассмотрим дислокацию с вектором Бюргерса АВ. Этот вектор имеет

направление [1210] и может быть записан в виде

60

АВ=а = - ^ [1210],

Всего имеются шесть вектороп Бюргерса данного ти­ па: три из них направлены в положительную сторону

осей координат ct\, а2 и я3, а остальные три— в 'отрица­ тельную. Общее их обозначение 7з-<1120>>.

Дислокации типа с имеют векторы Бюргерса, равные по величине параметру с г. п. у. решетки. Возможны лишь

Рис. 24. Стандартная бипирамида для металлов с г.л.у. структурой,* характе­ ризующая возможные типы дислокаций [63]:

<10Т5> : aS=V:"f" = 1/г<0001>5

A S= 7* <2023>

два вектора этого типа, направленные вдоль положитель­

ного и отрицательного направлений оси с. Так, в частно­ сти, вектор Бюргерса TS можно обозначить как [0001]. Общее обозначение векторов Бюргерса этого типа <0001 > .

Векторы Бюргерса дислокаций типа с-\-а направлены от атома в центре нижнего или верхнего основания к атомам в вершинах противолежащего .основания. Так, вектор

Сложение векторов а и с можно записать в виде

У,[Т2Т о ]+ [0001]-У ,[Т 2 Гз].

Всего имеются двенадцать полных дислокаций типа !/з ,<1123> .

61