ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные виды фазовых превращений и структурных изменений из "Фазовые превращения и изменения свойств сплавов титана при сварке " Титан относится к металлам, претерпевающим полиморфное превращение,. Он имеет две модификации высокотемпературную р-Т1 с объемноцентри-рованной кубической решеткой (а = 3,29 А при 900°) и низкотемпературную а-Т1 с плотно упакованной гексагональной решеткой (а = 2,950 А, с = = 4,683 А, с а = 1,587 при 25°). Температура полиморфного превращения титана в равновесных условиях составляет 882° [2,3]. [c.9] Величина гистерезиса, т. е. разность между критическими точками превращений при быстром нагреве и охлаждении (до 10 ООО град сек), у титана составляет около 30°. При охлаждении смещение критических точек значительно более резкое, чем при нагреве. Наличие гистерезиса связано с трудностью образования зародыша новой фазы. Превращение р - а происходит с уменьшением объема примерно на 0,13%. Средний коэффициент линейного расширения а-Т1 в интервале О—100° составляет 8,5-10 Парад. Объемный эффект полиморфного превращения титана рассчитан нами при температуре превращения по данным работы [3] с учетом коэффициента линейного расширения а-фазы титана, который был принят равным 10-10 Мград, т. е. средним в интервале температур 25—900°. Расчеты по параметрам решеток и по удельным объемам дают примерно одинаковые результаты. Эксперименты хорошо подтверждают эти данные [4]. [c.9] Превращения первых двух видов в процессе сварки полностью завершаются, а превращение третьего вида может получить существенное развитие, особенно в сплавах с быстрой эвтектоидной реакцией. Что касается превращений четвертого вида, то в большинстве случаев из-за недостатка времени при сварке реализуются преимущественно их начальные стадии. [c.9] Кроме фазовых превращений, в титане и его сплавах протекают процессы возврата, полигонизации, рекристаллизации обработки и роста зерна (собирательной рекристаллизации), также приводящие к существенным изменениям структуры и свойств. При сварке плавлением они, как правило, вызывают разупрочнение основного металла в зонах, нагреваемых выше определенных температур, например в температурном интервале полиморфного превращения выше температуры старения, если сплав был подвергнут этой термообработке перед сваркой выше температуры рекристаллизации обработки, если сплав предварительно был наклепан и т. п. При сварке давлением, наоборот, эти процессы в ряде случаев удается использовать для улучшения структуры и свойств, особенно в тех случаях, когда процесс ведут в режимах термомеханического упрочнения [6]. [c.10] При сварке сложных сплавов фазовые и структурные превращения могут развиваться не только в разных, но и в одних и тех же участках сварного соединения В ряде случаев температурные интервалы этих превращений накладьшаются друг на друга, вследствие чего при изучении их кинетики нередко возникают трудности. [c.10] По своему механизму перечисленные выше превращения в твердом состоянии разделяются на диффузионные и без диффузионные. Из числа фазовых превращений к диффузионным относятся превращения третьего и четвертого видов, т. е. эвтектоидный распад, распад пересыщенных твердых растворов и обратные им превращения. Полиморфные превращения могут протекать как по диффузионной ( нормальной ), так и по бездиффузион-ной (мартенситной) кинетике. Однако между полиморфными превращениями, характеризующимися нормальной кинетикой, и диффузионными превращениями третьего и четвертого видов имеются существенные различия. При полиморфных превращениях величина смещений атомов не превышает межатомного расстояния, а при превращениях третьего и четвертого видов происходит значительно большее смещение атомов. [c.10] При мартенситных превращениях величина смещения атомов также не превышает межатомных расстояний, но в ряде случаев оказывается явно большей, чем при полиморфных превращениях с нормальной кинетикой. Поэтому основное различие в полиморфных превращениях этих двух типов заключается не в величине, а в характере перемещения атомов от решетки исходной фазы к решетке новой фазы. Когда полиморфное превращение протекает по нормальной кинетике, рост новой фазы идет путем перемещения одиночных атомов по схеме атом за атом . Диффузионный характер этого процесса подтверждается тем, что энергия его активации близка к энергии активации самодиффузии или диффузии металлического компонента сплава. При мартенситном превращении имеет место коллективное (групповое) направленное перемещение атомов. Энергия активации этого процесса в десятки раз меньше энергии активации диффузии. [c.10] Несмотря на различия в величине и характере перемещения атомов, перечисленные выше виды фазовых превращений, а также процессы рекристаллизации протекают путем образования и роста зародышей. Поэтому с точки зрения термодинамики движущими силами этих процессов являются одни и те же энергетические факторы. [c.11] Для кристаллизации технического титана и его низколегированных а и (а + Р) сплавов характерны малая степень внутрикристаллической ликвации, легкое развитие подсолидусной миграции границ кристаллитов, способствующей получению более равновесной структуры, слабое развитие межзеренного проскальзывания из-за невысокой величины коэффициента линейной усадки. Вследствие указанных особенностей сплавы титана этих двух групп, как правило, не склонны при сварке и литье к образованию горячих трещин как кристаллизационного, так и подсолидусного происхождения [7]. [c.11] Однако эти сплавы титана весьма склонны к образованию холодных трещин (замедленному разрушению) при температурах, близких к комнатной, что связано с легким развитием ползучести под действием напряжений, величина которых может быть существенно ниже предела текучести [5]. [c.11] В высоколегированных (а + Р) и р сплавах при кристаллизации существенное развитие получает внутрикристаллическая неоднородность, приводящая к весьма неравномерному распределению легкоплавких (А1) и тугоплавких легирующих элементов (Сг, Мо, Ш и др.). Это отрицательно сказывается на свойствах литого металла. Прочность и пластичность его снижаются. Особенно резко охрупчиваются литые (а + Р) сплавы после старения. [c.11] Учитывая особую роль полиморфных и эвтектоидных превращений в формировании структуры и свойств а и (а + Р) сплавов титана при сварке, кратко рассмотрим основные закономерности этих превращений. [c.11] как и железо, относится к металлам, у которых температура полиморфного превращения выше температурного порога рекристаллизации, т. е. принципиально превращение в титане может протекать по нормальной кинетике. Однако вследствие значительно меньшего объемного эффекта превращения и более высокой температуры рекристаллизации титана в сравнении с железом в титане полиморфное превращение по мартенситной кинетике реализуется значительно легче. При этом взаимная ориентировка кристаллических фаз характеризуется наличием следующих взаимно параллельных плоскостей и направлений параллельными плоскостями служат (ПО) решетки р-Т1 и (0001) решетки а-Т1, а направлениями [111] решетки Р-Т1 и [1120] решетки а-Т1. Механизм мартенситного превращения в чистом титане подобен механизму для циркония, установленному Бюргерсом (однородное расширение в двух направлениях и сжатие в третьем) [3,4]. [c.11] Возможность протекания полиморфного превращения в чистом (иодид-ном) титане по нормальной кинетике прямым путем пока еще не установлена, несмотря на то что при температурах, близких к температуре превращения, объемная скорость роста а-фазы весьма мала. Трудность изучения этого вопроса заключается в том, что при закалке не удается зафиксировать высокотемпературную фазу, а структура а-фазы оказывается ориентированной по отношению к р-фазе и имеет вид зазубренных образований В то же время известно, что полиморфные превращения, протекающие по нормальной кинетике, также могут иметь ориентированный характер [9]. [c.12] Исследование кинетики р а превращения в титане чистотой 99,99% методом высокотемпературной вакуумной микроскопии при медленном ступенчатом охлаждении выявило мартенситный характер превращения с образованием игольчатой структуры типа а -фазы. Превращение начиналось около 900° и в основном заканчивалось при 840° [10]. Однако результаты этих опытов нельзя рассматривать как абсолютное доказательство развития полиморфного превращения в иодидном титане по мартенситной кинетике, так как при высоких температурах (выше 1000°) поверхность образцов могла насыщаться кислородом и азотом, несмотря на относительно высокий вакуум. [c.12] Равноосную структуру а-фазы можно получить только путем деформации и последующего высокотемпературного отжига в а-области. [c.12] Характерно, что в отличие от железа и сталей в титане и его мартенситных сплавах из-за малого объемного эффекта превращения не удается сколь-ко-нибудь существенно измельчить зерна и нарушить взаимную ориентировку фаз путем неоднократной перекристаллизации. Это свидетельствует о сохранении упругой связи на межфазной границе. [c.12] В сплавах титана с переходными элементами, стабилизирующими р-фазу титана и понижающими температуру начала превращения, мартенситное превращение приводит к образованию типичной игольчатой структуры а и а -фаз. Фаза а представляет собой пересыщенный а-твердый раствор и образуется преимущественно в низколегированных сплавах. По типу и параметрам решетки она не отличается от равновесной а-фазы. Однако для нее характерны значительные внутренние напряжения в решетке, в результате чего линии на рентгенограммах оказываются размытыми [11. Фаза а образуется в более легированных сплавах и также представляет собой пересыщенный а-твердый раствор. Однако ее решетка отличается от решетки а-фазы несколько измененным расположением атомов, что приводит к появлению ромбической симметрии вместо гексагональной [12]. По виду под микроскопом структуры фаз а и а различить трудно. Присутствие кислорода в сплавах титана придает структуре этих фаз характер корзиночного-переплетения . [c.12] Низколегированные а и (а + Р) сплавы титана со всеми переходными элементами (Р-стабилизаторы), а также с алюминием и кислородом ( -стабилизаторы) относятся к мартенситному классу. Мартенситные фазы в этих сплавах титана (а и а ) значительно более пластичны и менее прочны, чем в сталях. Основные пути упрочнения мартенситных сплавов титана заключаются в комплексном легировании их алюминием и р-стабилизирующими элементами. [c.13] В сплавах титана диффузионное р - а превращение развивается достаточно легко. [c.13] Вернуться к основной статье