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

Сплавы АТЗ, АТ4, АТ6 не склонпьг к водородной хрупкости до концентрации водорода 0,025% (по мас­ се) при проведении испытаний на растяжение как с большой, так и с малой скоростью деформации [376]. Введение в сплав АТ8 0,015% (по массе) Н2 приводит к снижению его пластичности.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИСПЫТАНИИ НА СКЛОННОСТЬ ТИТАНА

И а-СПЛАВОВ К ВОДОРОДНОЙ ХРУПКОСТИ

Понижение температуры испытаний усиливает склон­ ность а-сплавов к водородной хрупкости [375]. Пласти­ ческие характеристики титана с повышенным содержа­ нием водорода наиболее сильно снижаются при отрица­ тельных температурах. Концентрация водорода, начиная с которой происходит резкое падение пластических ха­ рактеристик, уменьшается с понижением температуры (рис. 184). Резкое падение относительного удлинения и поперечного сужения наблюдается при содержаниях во­ дорода больше 0,01% (по массе), если испытания про­ водятся при ■—25°С, и при содержаниях более 0,03% (по массе), если испытания проводятся при комнатной тем­ пературе. Ударная вязкость сильно падает уже при очень незначительном содержании водорода. При температу­ рах 300 и 500° С механические свойства практически не зависят от содержания водорода в пределах исследован­ ных концентраций водорода [до 0,05% (по массе)].

Склонность сплава ВТ5 к водородной хрупкости так­ же сильно уменьшается с повышением температуры. Ес­ ли при —25° С водородная хрупкость в сплаве ВТ5 раз­ вивается при концентрациях водорода более 0,01% (по массе) (рис. 185), то при 300° С она развивается при концентрациях водорода, превышающих 0,03% (по мас­ се). С повышением температуры пределы прочности и текучести сплава ВТ5 уменьшаются, а пластические ха­ рактеристики возрастают'.

Рис. 186 иллюстрирует изменение ударной вязкости сплава ВТ5Л с разным содержанием водорода при по­ нижении температуры испытаний [372]. При всех иссле­ дованных концентрациях водорода, кроме 0,05% Н2, ударная вязкость сплава сохраняется высокой до темпе­ ратур (—60) ч- (—70° С ). К сожалению, ударная вяз­ кость сплава ВТ5Л при низких температурах нестабиль-

3 8 9

на. Если образцы выдержать при —60° С в течение 3 сут., а затем испытать их при той же температуре, то ударная вязкость оказывается значительно более низ­ кой, чем при пятнадцатиминутной выдержке. Этот эф-

Рис. 184. Влияние температу­ ры испытаний на механиче­ ские свойства титана, содер­ жащего 0,002 (/); 0,010 (2); 0,03% Н2 (3)

Рис. 185. Влияние температу­ ры испытаний на механиче­ ские свойства сплава ВТ5 с 0,002 (/); 0,010 (2); 0,03 (3) и 0,05% Н2 (4)

3 9 0

фект наиболее сильно выражен, когда содержание водо­

время косвенным доказа­ тельством того, что именно пластинчатые выделения гид­

ридов являются причиной водородной хрупкости ти­ тана.

Водородная хрупкость а-титановых сплавов ВТ5 и ВТ5Л также уменьшается с повышением температуры из-за увеличения растворимости в них водорода. Однако

вотличие от технически чистого титана сплав ВТБ при температуре 300° С обнаруживает водородную хрупкость (рис. 185), хотя она проявляется значительно слабее, чем при комнатной температуре. Это связано с тем, что растворимость водорода в a -фазе при этой температуре

вприсутствии алюминия меньше, чем в технически чи­ стом титане (рис. 122).

Однако и в титане при повышенных температурах развивается водородная хрупкость при малых скорос­ тях деформации. Эта хрупкость усиливает отмеченное выше снижение удлинения в интервале температур 400—

391

600° С при малых скоростях растяжения (рис. 167). В этом температурном интервале удлинение титана за­ метно меньше при малой скорости перемещения траверс разрывной машины, чем при нормальной (рис. 167). Так, например, при температуре 500° С удлинение титана с 0,03% Н2 при проведении испытаний с малой скоростью в полтора раза ниже удлинения при проведении испыта­ ний с нормальной скоростью. Это снижение удлинения сопровождается упрочнением титана с водородом. Пре­ делы прочности и текучести титана с 0,03% водорода в температурном интервале 500—600° С на 3—4 кгс/мм2 выше пределов прочности при проведении испытаний с малой скоростью по сравнению с аналогичными свойст­ вами при проведении испытаний с нормальной ско­ ростью.

Выше (с. 364) высокотемпературные провалыплас­ тичности были объяснены тем, что образующиеся на дис­ локациях атмосферы из атомов внедрения (кислорода, азота, углерода) при малых скоростях деформации ув­ лекаются ими, в результате чего на границах зерен или у других препятствий, где скапливаются дислокации, концентрация водорода становится достаточной для рез­ кого ускорения разрушения. Причины усиления этого провала пластичности при введении в металл водорода не вполне ясны. Температуры, при которых он проявля­ ется, слишком высоки, чтобы существовали атмосферы Коттрелла, обусловленные упругим взаимодействием атомов водорода с дислокациями. Возможно, что водо­ род взаимодействует не с «чистыми» дислокациями, а с дислокациями, на которых уже осели атомы кислорода. Поэтому взаимодействие водорода с дислокациями н"ё чисто упругое, а частично носит и химический характер, в результате чего увеличивается энергия связи и0 и ат­ мосферы Коттрелла сохраняются до более высоких тем­ ператур. Не исключена также возможность электричес­ кого взаимодействия атомов водорода (протонов) с дислокациями. Естественно, что, если дислокации тран­ спортируют к области их скопления не только атомы кислорода, но и атомы водорода, пластичность металла будет ниже, чем при транспортировке одних только ато­ мов кислорода.

В работе [375] описано влияние температуры на свой­ ства сплава ОТ4-1 в отожженном состоянии с различным содержанием водорода при двух скоростях деформации:

3 9 2

3-10 4 и 3-10~2с-1. Предел прочности с понижением тем­ пературы повышается монотонно. Увеличение скорости растяжения приводит примерно к одинаковому повыше­ нию предела прочности при всех исследованных темпе­ ратурах. Поперечное сужение, наоборот, существенно

уменьшается с увеличением ско­ рости деформации. При скорости перемещения траверс машины, равной 0,5 мм/мин (скорость де­ формации 3-10~4 с-1), поперечное

Температура. ‘С

сужение начинает снижаться при температурах испыта­ ния ниже —20° С, а при скорости 50 мм/мин поперечное сужение начинает снижаться при температурах ниже

—4°° С.

На рис. 187 приведены механические свойства сплава ОТ4-1 с 0,002; 0,01 и 0,03% (по массе) Н2 при скорости деформации 3-10~4 с-1. Сплав ОТ4-1 при концентрации 0,002% Н2 не показал ярко выраженной склонности к водо­ родной хрупкости в исследованном интервале температур при исследованной скорости деформации. При концентра­ циях 0,010 и 0,03% Нг пластические свойства сплава ОТ4-1 существенно снижаются при температурах ниже

—20° С.

При понижении температуры испытаний уменьшается также ударная вязкость (рис. 188). Для вакуумированного состояния (0,002% Н2) ударная вязкость снижается с 6,5 до 5 кгс-м/см2 при —60°С. Для сплава ОТ4-1, в ко­ торый после вакуумного отжига было введено примерно 0,003% Н2 (общее содержание водорода 0,005%), удар­

393