Материал: Физическое металловедение титана

ния на несколько групп. Область / соответствует диаг­ раммам состояния, в которых твердые растворы на ос­ нове титана реагируют с жидкостью по перитектической реакции. Область // соответствуетдиаграммам состояния, в которых в богатой титаном области имеет место эвтек­ тическое превращение. Системы, в которых со стороны титана образуется инконгруэнтно плавящееся соедине­ ние, обозначены темными квадратами. Эти системы на­ ходятся между областями, характерными для систем перитектического и эвтектического типа. Как видно из при­ веденных на рис. 17 данных, критерия В. М. Воздви­ женского достаточно строго описывают закономерности взаимодействия титана с легирующими элементами.

О МЕТАСТАБИЛЬНЫХ ФАЗАХ В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ

Согласно классификации-, предложенной Ю. А. Багаряцким, Г. И. Носовой и Т. В. Тагуновой [12], в титано­ вых сплавах различают следующие метастабильные фа­ зы: а'; а"; ш; рм. Фаза а также может быть метастабильиой по двум причинам: из-за несоответствия ее сос­ тава составу соприкасающейся с ней p-фазы я из-за пе­ ременной, уменьшающейся с понижением температуры, растворимости в ней легирующих элементов [39].

В то время, когда Ю. А. Багаряцкий с сотрудниками предложил классификацию метастабильных фаз в тита­ новых сплавах, возможность практического использова­ ния классического пересыщения растворов на основе- а* титана за счет переменной растворимости легирующих элементов не -принималась' во внимание. В последнее время термическое упрочнение титановых -сплавав путем закалки из a-области от температур выше линии раст­ воримости с последующим старением нашло практичес­ кое применение.

В титановых сплавах с высоким содержанием алюми­ ния a-фаза также метастабильна я при достаточно дли­ тельных выдержках при повышенных температурах из нее выделяется фаза аг, что приводит к хрупкости спла­ вов и потере ими термической стабильности. Учитывая сказанное выше, целесообразно дополнить классифика­

42

Одно время обсуждался вопрос о том, следует ли от­ носить а"-фазу к самостоятельным мартенситным фа­ зам. Против выделения фазы а" в самостоятельную пер­ вым выступил С. Г. Федотов [40], основываясь на том, что в области концентраций, соответствующих переходу

.Рис. 18. Диаграмма состоя­ ния сплавов титана с (S-нзо- •морфным стабилизатором и (разовый состав этих спла­ вов после закалки с темпе­

ратур выше Лс3 [2].

0

Рис. 19. Влияние содер­ жания молибдена на па­ раметры решетки мар­ тенситных фаз а ' и а ;/ ■сплавов системы Ti—Мо, закаленных с температу­

ры выше A cz [45]

от а'- к а"-фазе, свойства изменяются непрерывно, хотя

свойства сплавов со структурами, представленными а'-н а"-фазахми соответственно, различны, а'-фаза имеет гек­ сагональную решетку, а а"-фаза — ромбическую; образо­ вание а'-фазы приводит к упрочнению сплавов, а а"-фа- зы — к разупрочнению; при распаде фазы а' прочностные свойства сплавов обычно снижаются, «"-фаза является

43

стареющей фазой, ее распад приводит к упрочнению спла­ вов. Дилатометричесжая кривая для закаленного спла­ ва со структурой, представленной а'-фазой, 'описывает­ ся прямой линией без каких-либо объемных эффектов или со слабым эффектом сжатия, а распад а"-фазы при­ водит к заметному отрицательному объемному эффекту.

Постепенный переход от а'- фазы к а"-фазе не явля­ ется закономерностью, характерной только для титано-’ ных сплавов. Такой переход характерен для целого клас­ са фазовых превращений — превращений второго рода. Правда, до сих пор рассматривали фазовые превраще­ ния второго рода, происходящие при изменении темпера­ туры, но некоторые из них, например процессы упоря­ дочения в системах Mg — Cd, Au — Cd, можно рассмат­ ривать и в концентрационном аспекте.

Нам представляется целесообразным рассматривать переход ют а'- к а"-фазе как фазовый переход второго , рода. Поэтому даже в пределах одной системы следует отличать фазу а' от а" точно так же, как различают сей­ час гелий I и гелий II, парамагнитное и ферромагнитное состояния вещества [39].

■Возможен еще один подход к анализу причин, вызьи вающих смену фазы а' фазой а". В работе [44] было высказано предположение, что смена одной плотноупакованной структуры другой может быть связана с измене­ нием вероятности образования деформационных дефек­ тов упаковки при легировании. К сожалению, для тита­ на имеется слишком.мало данных о влиянии легирования* на вероятность образования деформационных д. у., чтобы можно было проверить справедливость такого подхода к анализу кристаллографического .строения ти­ танового мартенсита.

Метастабильные фазы в титановых сплавах фиксиру­ ются закалкой в определенном интервале концентраций. Рассмотрим в качестве примера диаграмму состояния титана с p-стабилизатором, представленным переходным элементом (рис. 18). Для обсуждаемого вопроса в пер­ вом приближении несущественно, имеется или нет эвтектоидное превращение в рассматриваемой системе, пос­ кольку в системах титана с переходными элементами эвтектоидные превращения протекают чрезвычайно мед­ ленно и не оказывают заметного влияния на получаемые при закалке структуры.

44

В сплавах такой системы при концентрациях легиру­ ющих элементов в [3-фазе, меньших второй критической

(СкР), при закалке происходит мартенситное превра­ щение, которое начинается при температуре Мп и закан­ чивается при Мк. Температуры начала и конца мартен­ ситного превращения понижаются с увеличением содер­ жания p-стабилизатора и при некоторых концентрациях

таких сплавов представлена мартенситной фазой, а' при

содержании (3-стабилизаторов от нуля до С\ и фазой а"

t

в интервале концентраций от С\ до С 1ф. При концент­

рации легирующих элементов от СКрДо Скр мартенсит­ ное превращение до конца не доходит п структура спла­ вов после закалки с температур выше /1с3 представлена

P-фазе фиксируется co-фаза. Строго говоря, о)-фазу нельзя выделять в самостоятельную фазу, поскольку она коге­ рентна по отношению к матрице ((3-фазе); ее следует счи­ тать особым состоянием p-твердого раствора.

Не все из указанных выше концентраций определя­ ются с достаточной точностью экспериментальным пу­ тем. Концентрацию Сь при которой мартенситная фаза ^сменяется фазой а", можно оценить довольно точно по началу расщепления рентгеновских линий. Концентра­ ция, при которой начинается расщепление липни а"-фа- зы, легко находится экстраполяцией параметров решет­

для сплавов титана с ванадием, ниобием, танталом, мо­ либденом, вольфрамом и рением соответственно.

При экспериментальном определении первой крити-

15