Материал: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов

раствор пересыщается водородом. Приложение напря­ жений может вызвать выделение гидридов из Пересы щенного раствора и привести к хрупкости второго рода.

Хрупкость, обусловленная пересыщением, должна проявляться в определенном температурном интервале.

д'9 згх/ * м

ft § %

Рис. 148. Влияние водорода на механические свойства сплавов ВТ6 (а) и ВТЗ-1

(б) непосредственно после закалки (/) и спустя 40 (2) и 90 (3) сут. после закалки

Верхним температурным пределом этой хрупкости будет температура, отвечающая предельной растворимости гидридов при данном содержании водорода, а нижним— температура, ниже которой скорость диффузии водорода так мала, что образование гидридов практически невоз­ можно.

Вильямс полагает, что решающим фактором, опреде­ ляющим развитие этой хрупкости, является все же не диффузия водорода и не пересыщение, а процесс образо­ вания зародышей гидридной фазы. Если условия экспе­ римента таковы, что зародыши гидридной фазы не обра­ зовались, водородной хрупкости не будет даже в том случае, когда предельная растворимость превышена и скорость диффузии водорода вполне достаточна.

322

Предполагаемая Вильямсом теория основана на до­ пущении, что зарождение гидридов в титановых сплавах затруднено, особенно в p-фазе. Предполагается, что зародышеобразование зависит от напряжений, но не зави­ сит от деформации, т. е. зародыши не образуются до тех пор, пока не будет достигнут критический уровень на­ пряжений.

При больших скоростях деформации, а также при низких температурах гидриды в образце или вовсе не ус­ певают зародиться за время деформации, или же не до­ стигают размеров, достаточных для участия в разруше­ нии. Хрупкое разрушение имеет место только при таких напряжениях, которые достаточны для возникновения зародышей, но которые недостаточно высоки для того, чтобы вязкое разрушение возникло быстрее, чем гидри­ ды достигли размеров, необходимых для разрушения.

О Б Щ И Е П Р Е Д С Т А В Л Е Н И Я О В О Д О Р О Д Н О Й х р у п к о с т и ш е с т о г о в и д а

В ряде металлов водородная хрупкость развивается при малых скоростях пластической деформации при до­ статочных концентрациях водорода, меньших, однако, тех значений, при которых возможна хрупкость первого рода [8]. Эта хрупкость обусловлена процессами, кото­ рые развиваются при пластической деформации в твер­ дых растворах водорода в металле.

Водородная хрупкость рассматриваемого типа была обнаружена и в титановых сплавах [334—339]. На рис. 149 приведены для примера результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре гладких и

(0,5 мм/мин). Характеристики пластичности, наоборот, падают при содержании водорода выше 0,02%, когда испытания проводятся с малой скоростью растяжения, и остаются неизменными при проведении испытаний е большой скоростью.

Влияние температуры на водородную хрупкость а+ . + Р-сплавов изучили Котфил и Ербин [336] и несколько позднее Риплинг [337], которые обнаружили восстанов­

ление пластичности а+р-сплавов насыщенных водоро­ дом при проведении испытаний при достаточно низких температурах. Это явление детально исследовали Шварцберг, Вильямс и Джаффи [338] на сплаве Ti — 140 А, образцы из которого были стабилизированы путем

нагрева при 705° С в те­ чение 1 ч, медленно охлаждены с этой темпе­ ратуры до 595° С, выдер­ жаны в течение 2 ч и за­ тем охлаждены на возду­ хе. В результате такой обработки была получена довольно стабильная а +

растяжения, практически совпадают.

С о в е р ш е н н о и н а я к а р т и н а н а б л ю д а е т с я д л я с п л а в а , с о д е р ж а щ е г о 0 ,0 3 7 5 % Н 2. П р и б о л ь ш о й ск о р о с т и р а с т я ­

м е н ь ш и х с к о р о с т я х р а с т я ж е н и я н а б л ю д а е т с я о х р у п ч и в а ­ ние, к о т о р о е в ы р а ж е н о т ем си л ьн ее , чем м е н ь ш е с к о ­ р о с т ь д е ф о р м а ц и и . Э т а х р у п к о с т ь о б н а р у ж и в а е т с я в о п ­

к и х ж е т е м п е р а т у р а х и с п ы т а н и й . Т е м п е р а т у р а в о с с т а ­

3 2 4

новления пластичности тем ниже, чем меньше скорость растяжения, лишь при скорости растяжения 0,13 мм/мин происходит очень слабое восстановление свойств сплава.

Несколько иные закономерности были обнаружены для а+Р-титанового сплава ВТЗ-1 [339]. Исследования

растяжение с разными скоростями перемещения траверс разрывной машины, мм/мин:

1 - 0,13; 2 -0,64; 3 - 1,27; 4 -2,54; 5 — 6,35; 6 — 12,7; 7 - 25,4

проводились на кованом материале, полученном из про­ мышленного серийного слитка, подвергнутого после наводороживания двойному отжигу: 870° С, 1 ч, охлажде­ ние на воздухе до 650° С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе. Испытания на растяжение проводились на глад­ ких образцах на машине с механическим приводом.

Содержание водорода в образцах колебалось от 0,002 до 0,1% (по массе). Для примера на рис. 151 приведено влияние температуры испытаний на механические свой­ ства сплава ВТЗ-1 с 0,03% Н2 при разных скоростях рас­ тяжения. Как следует из приведенных данных, попереч­ ное сужение при скорости растяжения 0,4 мм/мин резко снижается с 35% при 22° С до 4% при —18° С. При даль­ нейшем снижении температуры примерно до —40° С поперечное сужение сохраняется неизменным — порядка

3 2 5

5%, а при еще более низких температурах несколько по­ вышается и достигает 20% при —70° С. При скорости де­ формации 2,7 -10-3 с-1 поперечное сужение изменяется с. температурой примерно так же, как и при скорости 2,7• 10-4 с-1. Отличие состоит лишь в том, что температу-

Температура, К

ра, при которой поперечное сужение начинает резко уменьшаться, и температура, соответствующая миниму­ му пластичности, смещены к более высоким значениям: + 12° С и —8° С соответственно. При скорости растяже­ ния 1,35-10-2 с-1 поперечное сужение снижается в очень узком температурном интервале: от —40° С до +20° С. Удлинение при всех трех скоростях примерно одно и то же в интервале температур от +20° С до —70° С и не­ сколько снижается при более низких температурах.

Вначале полагали, что водородная хрупкость при ма­ лых скоростях деформации характерна лишь для а + р - титановых сплавов, однако последующие эксперименты показали, что к хрупкости шестого вида склонны как а-, так и р-титановые сплавы, Так, например, водородная

3 2 6

хрупкость при малых скоростях деформации была также обнаружена в сплавах Ti—4А1—7Cu, Ti—12Sn—7Cu [3401.

На рис. 152 приведено влияние водорода на механи­ ческие свойства отечественного |3-титанового сплава ВТ15 после закалки с 780° С в воде [339]. При большой скоро­ сти деформации (порядка 20 мм/мин) пластичность за­ каленного сплава ВТ15 остается высокой во всем иссле­ дованном интервале температур от —60 до +20° С. При малой скорости деформации (порядка 3-1СК4 с-1) попе­ речное сужение в узком температурном интервале резко уменьшается. Если за верхнюю температуру проявления водородной хрупкости принять точку, в которой попе­ речное сужение снижается вдвое, то эти температуры со­ ставят +8, + 2 и —8° С для концентраций водорода 0,05; 0,03 и 0,015% (по массе) соответственно. Таким обра­ зом, с увеличением содержания водорода верхняя темпе­ ратура проявления водородной хрупкости повышается. При температурах порядка —30°С происходит восста­ новление пластичности наводороженных образцов. .

Анализ опубликованных литературных данных пока­ зывает, что для обратимой водородной хрупкости этого вида характерны следующие закономерности:

1.Хрупкость проявляется в определенном интервале температур, который зависит от скорости деформации, природы сплавов н их химического состава.

2.С увеличением скорости деформации температур­ ный интервал падения пластичности уменьшается, пла­ стические характеристики повышаются и если скорость

превышает некоторый предел, то хрупкость не обнару­ живается вовсе.

3.Температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому повышается с увеличением содержания водо­ рода.

4.Водород мало влияет на удлинение до момента по­ явления шейки и очень сильно уменьшает поперечное сужение.

А Н А Л И З Т Е О Р И Й О Б Р А Т И М О Й В О Д О Р О Д Н О Й Х Р У П К О С Т И

Для объяснения описанных выше закономерностей было предложено несколько теорий водородной хрупко­ сти. Как правило, эти теории разрабатывались для одно-

327