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

допустимая концентрация водорода увеличивается с уве­ личением количества p-фазы. Однако следует учесть, что склонность сплавов к водородной хрупкости зависит не только от склонности фазы к хрупкости, но и от ее коли­ чества. При ничтожно малом количестве p-фазы, хотя она и очень хрупка, сплав не будет хрупким. Поэтому склонность а+р-сплавов к водородной хрупкости первого рода можно описать кривой с максимумом (рис. 262). При некотором содержании p-фазы (порядка 5%) склон­ ность сплавов к водородной хрупкости будет максималь­ ной.

Следует учесть, что водород, будучи р-стабилизато- ром, увеличивает количество p-фазы. Сплавы ОТ4, ОТ4-1 содержат такое небольшое количество p-фазы, что уве­ личение ее количества при введении водорода лишь спо­ собствует усилению водородной хрупкости.

В таких сплавах, как ВТЗ-1, ВТ6 и ВТ8, увеличение содержания p-фазы при введении водорода уменьшает склонность сплавов к водородной хрупкости и поэтому она проявляется при концентрациях, больших расчетных.

Выше шла речь о склонности сплавов к водородной хрупкости I рода. Эти же соображения могут быть при­ менены к приближенной оценке склонности сплавов к во­ дородной хрупкости II рода.

Из приведенных выше рассуждений следуют весьма неблагоприятные выводы в отношении склонности к во­ дородной хрупкости листовых сплавов, от которых требу­ ется сочетание хорошей технологичности при штамповке с хорошей свариваемостью. По существующим сейчас представлениям такие сплавы непременно должны со­ держать небольшое количество p-фазы. В связи с этим возникает необходимость более детального анализа тех факторов, которые определяют склонность а+Р-сллавов к водородной хрупкости.

Из уравнения (109) следует, что чувствительность а+р-сплавов к водородной хрупкости можно уменьшить, по крайней мере, тремя способами:

а) увеличением доли p-фазы т в сплаве;

б) увеличением критической концентрации водорода в p-фазе (Сркр ), свыше которой начинается ее охрупчи­

вание;

517

в) уменьшением соотношения концентраций водоро­ да в р- и a -фазах ( V A a A;i = С ? Са ).

Параметр (т ) зависит в основном от р-стабилизиру- ющего действия легирующих элементов, от их количества, а также от режимов термической обработки сплавов. По­ скольку т можно менять от 0 до 1, то максимально до­ пустимые концентрации водорода за счет указанного

фактора будут изменяться от Счкр V AJAa до С, .

Можно предположить следующую технологию, кото­ рая позволит сочетать хорошую технологичность с пони­ женной склонностью к водородной хрупкости. Для обес­

сти.

Далее после штамповки и сварки изделия из сплава нужно отжечь при более высокой температуре Т2, чтобы обеспечить достаточно большое количество p-фазы. Ско­ рость охлаждения после такого отжига должна быть до­ статочно высока (например, на воздухе), чтобы р-фаза не переходила в а'-фазу в процессе охлаждения. Эффек­ тивность такого отжига можно проиллюстрировать дан­ ными, полученными для сплава ОТ4-1 [387]. Если после медленного охлаждения с 900° С ударная вязкость спла­ ва ОТ4-1 резко снижается уже при 0,008% Н2, то после охлаждения на воздухе .или в воде даже 0,024% Н2 влия­ ют на нее незначительно (рис. 191).

Критическая концентрация водорода в p-фазе Сркр зависит в основном от природы легирующих элементов. Поскольку хрупкость p-фазы обусловлена искажением

518

ДРУГИЕ МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВОДОРОДНОЙ ХРУПКОСТИ

В тех случаях, когда титан и его сплавы в процессе эксплуатации или при производстве полуфабрикатов ока­ зываются в атмосфере газов, содержащих водород, необ­ ходимо принимать меры, препятствующие проникновению водорода в титан.

Вкачестве одной из мер предотвращения проникнове­ ния газов в титан при высоких температурах было пред­ ложено покрывать изделия или полуфабрикаты из него слоем краски, не пропускающей газы [6,72].

Втом случае, если покрытие нужно удалить после нагрева, необходимо, чтобы оно имело резко отличный от титана коэффициент термического расширения.

Для предотвращения загрязнения титана газами в

процессе термической обработки фирма Боинг Аэрплейн Компани рекомендует покрывать листы слоем алюминиево-силиконовой краски. Эту краску наносят в четыре слоя с интервалами между покрытиями в полча­ са, после чего листы сушат в течение 24 ч и затем прока­ ливают при 700° С в течение 4—6 ч. После термической обработки защитное покрытие снимают смягчающей об­ работкой и травлением в плавиковой кислоте.

Описанный выше метод недостаточно удовлетворите­ лен из-за неравномерности удаления покрытия и дли­ тельности процесса. Более удобно керамическое стеклян­ ное покрытие, состоящее из порошкообразного стекла и органического связующего вещества. Его наносят напы­ лением в два или три слоя. После нанесения покрытия никакой специальной обработки не требуется; изделие можно сразу нагревать для термической обработки. Ор­ ганическое вещество при нагреве выгорает, а керамиче­ ское расплавляется при 800° С. В итоге изделие оказыва­ ется как бы в стеклянной оболочке, не пропускающей газы.

Керамическое покрытие легко снимается закалкой из­ делия в воде благодаря резко отличному от титана ко­ эффициенту линейного расширения. В случае необходи­ мости покрытие можно также удалить в растворе каусти­ ка. Аналогичное покрытие может быть применено не только для предотвращения проникновения газов в ти­ тан во время термической обработки, но также для за­ щиты от проникновения газов готовых изделий в услови­

520

ях их эксплуатации, в частности в атмосфере газов, со­ держащих водород. Другие подобные покрытия, описанные в монографии Н. М. Пульцина [72] как спо­ собы защиты от окисления, также, по-видимому, приме­ нимы для уменьшения наводороживания при термиче­ ской обработке.

Для снижения интенсивности наводороживания в процессе эксплуатации при обычных для титановых сплавов рабочих температурах достаточно эффективно даже легкое окисление на воздухе.

Сублимированные в высоком вакууме пленки титана поглощают водород при комнатной температуре; отож­ женный в вакууме иодидный титан начинает взаимодей­ ствовать с водородом при температурах выше 250° С, а технический титан с естественной окисной пленкой на поверхности не поглощает водород в заметной степени

ние 10 ч обнаружено не было. К сожалению, не было проведено специальных экспериментов, которые показа­ ли бы, как долго сохраняется защитное действие окисной пленки на поверхности титана и до какой температуры она оказывается эффективной.

Как известно, титан и его сплавы подвергают хими­ котермической обработке: оксидированию, азотирова­ нию, борированию, карбидированию, силицированию. Наибольшие успехи достигнуты в азотировании титана и его сплавов. Подобные покрытия увеличивают износо­ стойкость титана, уменьшают коэффициент его трения в паре со многими металлами, повышают коррозионную стойкость титана и его сплавов во многих агрессивных средах. По нашему мнению, защитные покрытия, созда­ ваемые методами химикотермической обработки, могут заметно повышать стойкость титана в содержащих во­ дород средах.

Еще один способ борьбы с водородной хрупкостью титана и его сплавов — введение в рабочие среды инги­ биторов, затрудняющих взаимодействие металла с водо­ родом. Как было указано на с. 282, кислород и пары во­ ды-, содержащиеся в водороде, замедляют поглощение.

И, наконец, для исключения или уменьшения интен­ сивности взаимодействия титановых изделий в процессе их эксплуатации с водородом или парами воды, содер­

521