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

ния, или за счет побочной диффузии (диффузии, связан­ ной с определенными структурными превращениями, ко­ торые сопровождают деформирование). Если эти иска­ жения просто суммируются, то пластичность снижается, (

Температураиспытаний,, °С

Рис. 167. Влияние температуры испытаний на механические свойства

если же они взаимно аннигилируются, то пластичность повышается.

Нам представляется возможным, что в ряде случаев высокотемпературные провалы пластичности связаны с обратимой хрупкостью, обусловленной примесями внедрения, отличающимися от водорода. Для примера на рис. 167 приведено влияние температуры испытаний на механические свойства хорошо дегазированного в ва­ кууме титана при различных скоростях деформаций [364]. Эти данные показывают, что высокотемператур­ ная хрупкость титана действительно проявляется в опре­ деленном температурном интервале, который смещается к более высоким температурам с увеличением скорости деформации. Качественно изменение пластичности тита­ на с температурой при разных скоростях деформаций до­ вольно хорошо согласуется с изменением пластичности металлов при развитии обратимой водородной хрупкости (рис. 156). Высокотемпературная хрупкость в отличие от водородной хрупкости сильнее сказывается на относи­ тельном удлинении, чем на поперечном сужении.

364

В большинстве случаев дислокации вряд ли могут транспортировать к границам зерна или другим препят­ ствиям атомы замещения. Энергия связи атома замеще­ ния с дислокациями обычно так мала, что атмосферы Коттрелла разрушаются при температурах ниже комнат­ ной. При таких темпера­ турах подвижность ато­ мов замещения так мала, что при разумных скоро­ стях деформации обрати­ мая хрупкость вряд ли может наблюдаться. Ато­ мы внедрения (азот, кис­ лород, углерод), наобо­ рот, имеют большую энер­ гию связи с дислокация­ ми и температура разру­ шения атмосфер Котт­ релла хорошо согласует­ ся с интервалом развития высокотемпе р а т у р и о й хрупкости.

Полученные в работе [364] экспериментальные

данные позволяют провести полуколичественную провер­ ку изложенной выше гипотезы. Температуру начала сни­

—0,3 эВ, а коэффициент диффузии кислорода в «-титане определяется уравнением [365]

то выражение, связывающее критическую скорость де­ формации с температурой, принимает вид

На рис. 168 вычисленные из уравнения (108) темпе­ ратуры начала снижения пластичности сопоставлены

сэкспериментально найденными значениями для титана

с0,002% Н2. Соответствие вычисленной кривой с экспе­ риментальными данными очевидно.

Выше было показано, что взаимосвязь между темпе­ ратурой, соответствующей минимуму пластичности, и

365

скоростью деформации можно выразить уравнением (103). На рис. 168 приведены зависимость температуры, соответствующей минимуму пластичности, от скорости де­ формации, рассчитанная по уравнению (103), и экспери­ ментальные данные. При расчетах было положено, что под каждым атомом на краю лишней полуплоскости на­ ходится по одному атому кислорода и поэтому п0 — 3,9- •107. Предполагалось также, что J V = 1 0 7 cm - 2; Ь = 2,56- •10“8см; а = 1 0 _6см; р—4,5 г/см3; С0=0,1% (по массе).

В данном случае также наблюдается хорошее соответст­ вие между экспериментальными и теоретическими кри­ выми. Приведенные данные показывают, что гипотеза кислородной хрупкости в данной интерпретации может объяснить природу провалов пластичности, наблюдае­ мых в титане.

Г л а в а 3

ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА СТРУКТУРУ

ИСВОЙСТВА ТИТАНА

И(-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

ВЛ И Я Н И Е В О Д О Р О Д А

Н А С Т Р У К Т У Р У И С В О Й С Т В А Т И Т А Н А

В титане основным видом водородной хрупкости яв­ ляется гидридная хрупкость [6; 140, с. 23; 366—370]. Так как растворимость гидридов в a-фазе титана неве­ лика, то даже при практически встречающихся концент­ рациях водорода в техническом титане есть выделения гидридов.

Микроструктура титана, насыщенного в различной степени водородом, приведена на рис. 135. Титан, под­ вергнутый вакуумному отжигу при 900° С в течение 6 ч, имеет полиэдрическую структуру без каких-либо выделе­ ний второй фазы. По мере насыщения титана водородом появляются пластинчатые выделения гидрида титана, количество которых возрастает с увеличением содержания водорода. Гидрид титана может выделяться в виде пла­ стинок вдоль определенных кристаллографических на­ правлений, в виде компактных выделений той или иной формы внутри зерна, по границам зерен. Характер вы­ деления гидридов зависит от многих факторов: содержа-

366

пия водорода, величины зерна, температуры наводороживания, предшествующей термической обработки тита­ на, напряженного состояния металла в момент выделе­ ния гидридов, примесей и т. п. С увеличением общего содержания гидридов в титане увеличивается их тенден­ ция к выделению в виде компактных выделений по гра­ ницам зерен.

Водород резко снижает ударную вязкость титана (рис. 169) и мало влияет на механические свойства при испытаниях па растяжение в стандартных условиях [368]. Водородная хрупкость при большой скорости де­ формации проявляется не только при испытаниях па ударную вязкость, но также при растяжении с большими скоростями перемещения траверс разрывной машины, если содержание водорода превышает определенный пре­ дел (рис. 170).

При проведении испытаний на надрезанных образцах предел прочности в полтора-два раза превышает предел прочности, определенный на гладких образцах. Предел прочности надрезанных образцов несколько повышается при содержании в них водорода до 0,03%, но при боль­ ших концентрациях водорода он снижается. Вместе с этим происходит изменение характера излома. У надре­ занных образцов титана с 0,002% Н2 излом светлый, а у образцов, содержащих более 0,02% Н2, излом серый. Серый цвет излома свидетельствует о том, что разруше­ ние надрезанных образцов при испытании па растяже­ ние происходит по выделениям гидридов или по межфаз­ ным границам (по границам раздела между гидридами и а-титаном).

Падение предела прочности титана при испытаниях па надрезанных образцах начинается с концентрации водорода, равной 0,03%, в то время как при испытаниях на ударную вязкость хрупкое разрушение проявляется уже при содержании 0,01% водорода. Следовательно, при испытаниях на ударную вязкость титан более чувст­ вителен к водородной хрупкости, чем при испытаниях надрезанных образцов на растяжение.

Чтобы получить более достоверные сведения о влия­ нии водорода на свойства титана разных промышленных плавок, была проведена статистическая обработка дан­ ных по слиткам титана, выплавленным на одном из ме­ таллургических заводов. Все слитки были разбиты на четыре группы с прочностью, кгс/мм2: а) 45—50; б) 50—

367

28

э

N

Рис. 170. Влияние водорода на механические свойства титана при разных скоростях растяжения, с

I — 2,7-10“ ; 2 — 2,7 • 10 3; 3 — 0,7 • 10 1

368

55; в) 55—60; г) 60—70. Механические свойства опреде­ ляли па технологической пробе (кованом прутке сече­ нием 12X12 мм). Результаты этой обработки приведены на рис. 171. Приведенные данные показывают, что с уве-

Рис. 171. Взаимосвязь между ударной вязкостью и содержанием водорода для титана с пределом прочности, кгс/мм2:

а — 45—50; б — 50—55; й — 55—60; г — 60—70

личением содержания водорода ударная вязкость снижается. Вместе с тем наблюдается другая четко выра­ женная закономерность. С увеличением прочности тита­ на общий уровень ударной вязкости уменьшается.