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

сплав ВТЗ-1 с 0,05% Н2, пластичность которого в процес­ се вылеживания не только не падает, а даже имеет тен­ денцию к повышению. Нестабильность свойств закален­ ных сплавов ВТЗ-1 и ВТб проявляется практически лишь в том случае, если в сплавы предварительно был введен водород.

С понижением температуры нагрева под закалку чувствительность сплавов ВТЗ-1 и ВТ6 к водородной хрупкости уменьшается. Чем ниже температура нагрева под закалку, тем при большей концентрации водорода начинается снижение пластичности (рис. 204).

Если после закалки с 840° С пластичность сплава ВТЗ-1 при 0,03% Н2 даже несколько выше, чем в исход­ ном состоянии, то после закалки с 970° С поперечное су­ жение заметно снижается уже при концентрации водоро­ да 0,015%.

Структура сплава ВТЗ-1 после закалки с 840° С пред­ ставлена зернами а- и (1-фаз. Ни в одном случае в спла­ ве ВТЗ-1, закаленном с 840° С, не было обнаружено ви­ димых выделений гидридной фазы. Водород уменьшает количество остаточной a -фазы и увеличивает количество p-фазы в сплаве после закалки из а+(3-области. Увели­ чение количества (3-фазы в сплаве при введении водоро­ да приводит вначале к некоторому повышению попереч­ ного сужения и удлинения, так как (3-фаза более пластич­ на, чем a -фаза. Вместе с тем пластичность (3-фазы при введении водорода снижается из-за охрупчивания (3-фа­ зы водородом и при содержании водорода свыше некото­ рого предела пластичность сплава начинает уже сни­ жаться.

Повышение температуры нагрева под закалку приво­ дит к уменьшению количества остаточной a -фазы и уве­ личению количества а'-фазы. После закалки с 970° С структура сплава ВТЗ-1 с 0,002% Н2 была представлена первичными зернами a -фазы, а'-фазой и остаточной (3-фазой. В структуре сплава ВТЗ-1 с 0,05% Н2 после такой же закалки первичная a -фаза полностью отсутст­ вует.

Увеличение количества мартенситной фазы а' с повы­ шением температуры нагрева под закалку приводит к увеличению прочности сплава и уменьшению его пла­ стичности. Аналогичные изменения микроструктуры при введении водорода были обнаружены в закаленном спла­ ве ВТб.

4IG

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИСПЫТАНИЙ НА СКЛОННОСТЬ а+р-СПЛАВОВ К ВОДОРОДНОЙ ХРУПКОСТИ

Как было показано выше, водородная хрупкость а + -f-^-титановых сплавов наиболее сильно проявляется в определенном интервале температур. Некоторые приме­ ры подобного влияния были приведены выше (см. стр. 326). Рассмотрим теперь эту закономерность более детально.

В работе [339] были определены температурные ин­ тервалы водородной хрупкости сплава ВТЗ-1. Исследо­ вания были проведены на образцах сплава ВТЗ-1, под­ вергнутых изотермическому отжигу по режиму: выдержка

дорода приведено на рис. 151. Эти данные показыва­ ют, что в сплаве ВТЗ-1 с повышенным содержанием во­ дорода при отрицательных температурах на кривых, ил­ люстрирующих изменение пластичности с температурой, наблюдаются провалы, которые выражены тем значи­ тельнее, чем меньше скорость деформации. При доста­ точно низких температурах проведения испытаний про­ исходит восстановление пластичности. Следовательно, водородная хрупкость в сплаве ВТЗ-1 представляет опас­ ность лишь в определенном интервале температур, кото­ рый зависит от скорости деформации. Провалы пластич­ ности усиливаются с увеличением содержания водорода.

Изучение макро- и микроструктур продольных сече­ ний показало, что разрушение образцов сплава ВТЗ-1 во всех случаях носит внутризеренный характер. Во всех исследованных случаях излом имеет форму чашечки и конуса, характерную для вязкого разрушения, но соот­ ношение размеров дна чашечки и величины конуса ме­ няется. При пониженных значениях поперечного сужения дно чашечки занимает значительно большую часть сече­ ния образца, чем при пластичном разрушении со значи­ тельной шейкой. Фрактография изломов подтвердила, что излом во всех исследованных случаях носит одинако­ вый характер, хотя степень поперечного сужения меня­ ется весьма существенно. '

Ни на одном из исследованных продольных разрезов

как по результатам макро-, так и микроанализа, а так­ же ни в одном из изученных изломов не было обнаруже­ но трещин, которые можно было бы считать источником начала разрушения. Только в двух случаях были обна­ ружены трещины в зоне перехода от дна чашечки к ко­ нусу. Однако такие трещины образовались уже в процес-

Температура,К Температура, К Температура

Рис, 206. Влияние температуры испытаний на механические свойства сплава

се развития конуса, после того как центральная трещи­ на, расширяясь, образовала дно чашечки.

Таким образом, изучение макро- и микроструктур зо­ ны разрушения, а также фрактографический анализ ха­ рактера разрушения показывают, что изломы образцов происходят по схеме вязкого разрушения. Водород в данном случае вызывает не хрупкость, а снижение пла­ стичности сплава.

Н. Я- Гусельников1 изучил влияние температуры ис­ пытаний на свойства а+р-титанового сплава ВТ8 после

рис. 206 приведено изменение механических свойств спла­ ва ВТ8 с 0,01; 0,05 и 0,1% (по массе) Н2 в зависимости от температуры испытаний. Эти данные показывают, что с понижением температуры предел прочности повышает­ ся, а поперечное сужение и удлинение понижаются. В от­ личие от сплава ВТЗ-1 сплав ВТ8 не показал ярко вы­ раженной склонности к водородной хрупкости во всем

1 См. сноску на стр. 303.

418

исследованном интервале температур при исследованных скоростях деформации. При всех трех концентрациях во­ дорода свойства сплава ВТ8 и характер их изменения с температурой очень близки.

На рис. 207 приведено влияние температуры испыта­ ний на механические свойства отожженного сплава ВТ14

Рис. 207. Влияние температуры испытаний на механические свойства сплава ВТ14 с 0,01 (а) и 0,05 (б) % Н2 после изотермического отжига при скоро­

сти деформации 2,7-10 3 (1), 2,7*10 4 (2) и 1,35*10 З (3) с 1

с 0,01 и 0,05% (по массе) Н2 при разных скоростях де­ формации. Как следует из приведенных данных, во всем исследованном интервале температур от +20 до —80° С нет хрупкого разрушения. Некоторое снижение пластич­ ности наблюдается лишь для образцов при проведении испытаний при —80° С со скоростью деформации

2.7-Ю ^с-1.

Механические свойства сплава ВТ14 с 0,05% (по массе) Н2 были изучены в более широком интервале тем­ ператур— вплоть до 77 К (—196°С). Чтобы избежать влияния надрезов на механические свойства сплава, на образцах не делали насечки для определения удлинения и определяли лишь поперечное сужение. Полученные данные показали, что лишь при температуре жидкого азота происходит снижение поперечного сужения. Одна­ ко даже при этой температуре образцы с 0,05% (по массе) Н2 разрывались вязко с образованием ярко выра­ женной шейки (ф = 35%).

Нами было также изучено влияние температуры ис­

в течение 15 ч. Эти исследования также проводились на образцах без насечки, необходимой для определения уд­

мум. Однако хрупкого разрушения не наблюдалось во всем исследованном интервале температур (поперечное сужение было не ниже 25%).

Кроме того, было изучено влияние водорода на свой­ ства отожженного сплава ВТ14 при —20° С в более ши­ роком интервале концентраций — от 0,01 до 0,3% (по массе). Результаты исследований, проведенных при ско­ рости деформации 2,7-10_3с-1, показывают, что лишь при 0,3% (по массе) Н2 наблюдается хрупкое разрушение (рис. 208). Хрупкость сплава ВТ14 с 0,3% (по массе) Н2 сохраняется и при комнатной температуре (ф— 13%).

Повышенные содержания кислорода усиливают склон­ ность а+р-сплавов к водородной хрупкости. Так, в част­ ности, сплавы, выплавленные в первые годы производст­ ва титана, из-за плохого качества губки обладали боль­

4 2 0