Структурные и фазовые превращения в (α+β)-титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном воздействии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Нарыгина, Ирина Вячеславовна

• Нарыгина, Ирина Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нарыгина, Ирина Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРООБРАЗОВ АНИЕ, ФОРМИРОВАНИЕ

ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ В (а+р)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ (аналитический обзор)

1.1. Краткая характеристика (а+р)-титановых сплавов переходного класса

1.2. Роль процессов рекристаллизации в формировании структуры и свойств в ходе горячей деформации и последующей высокотемпературной обработки полуфабрикатов из титановых сплавов переходного класса

1.3. Влияние холодной пластической деформации на структурные и фазовые превращения в титановых сплавах переходного класса

1.4. Закономерности выделения вторых фаз в (а+|3)-титановых сплавах переходного класса при упрочняющей термической обработке

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Исследуемые сплавы '

2.2. Используемые методики исследования

ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ В ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТАХ ИЗ СПЛАВОВ ТМ0У-2Ре-ЗА1, У8Т5553, ВТ22 ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКЕ

3.1. Влияние температурно-временных параметров высокотемпе ратурной постдеформационной выдержки на формирование зеренной структуры в горячедеформированных полуфабрикатах из сплава Ть10У-2Ре-ЗА

3.2. Влияние условий получения деформированного полуфабриката из сплава ВТ22 на протекание структурных и фазовых превращений при высокотемпературной обработке

3.3. Влияние температурно-скоростных параметров высокотемпературной обработки на структурные и фазовые превращения в высоколегированном титановом сплаве УЭТ

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕМ НЕПРЕРЫВНОМ НАГРЕВЕ В ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ ВТ22 и Ть10У-2Ре-ЗА

4.1. Структурные и фазовые превращения при холодной деформации в высокопрочных титановых сплавах ВТ22 и ТМ0У-2Ре-ЗА

4.2. Распад метастабильных фаз в ходе нагрева закаленных и деформированных сплавов ВТ22 и "Л-10У-2Ре-3А

4.3. Выводы

ГЛАВА 5. СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В (ос+(3)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА ВТ22 И Ть10У-2Ре-ЗА1 ПРИ СТАРЕНИИ

5.1. Формирование структуры и свойств при старении в сплаве ВТ22, подвергнутом закалке и холодной пластической деформации

5.2. Структурные и фазовые превращения в сплаве

Ть 10У-2Ре-ЗА1 при двойном старении

5.3. Структурные и фазовые превращения в сплаве ВТ22 при двойном старении

5.4. Выводы 170 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 172 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 174 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурные и фазовые превращения в (α+β)-титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном воздействии»

Высокопрочные (а+р)-титановые сплавы переходного класса, к основным представителям которого относятся сплавы ВТ22, У8Т5553 и Ть10У-2Ре-ЗА1, являются перспективными для применения в силовых тяжелонагруженных конструкциях авиакосмической техники в деталях шасси, фюзеляжа, крыла самолета, крепежных деталях типа силовых болтов за счет высокой удельной прочности, вязкости, коррозионной стойкости, прокаливаемости и высокой надежности при эксплуатации.

Как известно, одним из главных критериев качества полуфабрикатов из сплавов данного класса является их структура, строгая регламентация которой обеспечивает реализацию высокого комплекса механических свойств. Однако формирование требуемой конечной структуры для конкретных видов полуфабрикатов и изделий предопределяет свои трудности на различных этапах обработки сплавов. Во-первых, относительно низкая теплопроводность, невозможность исправления зеренной структуры только методами термической обработки, неравномерность деформации при получении полуфабрикатов делает проблематичным формирование однородной мелкозернистой структуры промежуточных деформированных заготовок при высокотемпературной обработке в Р- и (а+(3)-области. Во-вторых, при холодной пластической деформации, необходимость в использовании которой возникает при правке изделий после их охлаждения от высоких температур, важно учитывать нестабильность высокотемпературного р-твердого раствора к механическому воздействию, проявляющуюся в реализации деформационно-индуцированных превращений. В-третьих, при использовании в качестве окончательной операции термической обработки готового полуфабриката двойного старения через низкотемпературную ступень, применение которого, как показывает опыт для псевдо-р-сплавов, в ряде случаев может быть достаточно эффективно, нужно принимать во внимание протекание превращений в ходе распада метастабильного р-твердого раствора с образованием низкотемпературных продуктов распада (ю, а„) на первой ступени старения, что несомненно повлечет за собой изменение протекания процессов распада на второй ступени старения, лежащей в высокотемпературной области.

Исследование процессов структурообразования, формирования фазового состава и свойств в полуфабрикатах из данного класса сплавов на каждом из отмеченных выше этапах их термической и деформационной обработок позволит расширить области применения сплавов, разработать новые и усовершенствовать применяемые на сегодняшний день режимы термической и термомеханической обработок для реализации высокой конструкционной прочности, что является актуальной задачей материаловедения титановых сплавов.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ, ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ В (а+р)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ И

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ (аналитический обзор)

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Нарыгина, Ирина Вячеславовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ'

1. Изучена: кинетика протекания процесса рекристаллизации при постдеформационных выдержках 0.32 минуты . при температурах деформации Тпп+20 °G в горячедеформированном полуфабрикате из сплава Ti-10V-2Fe-3Al в зависимости , от степени деформации сдвига и схемы деформации (параметра Надаи-Лоде):. Показано; что наиболее полно рекристаллизационные процессы реализуются в интервале значений параметра Надаи-Лоде 0,2. 1 при степенях деформации сдвига ~ 2,2, свыше: которых наблюдается явление текстурного торможения рекристаллизации.

2. Установлено, что нагрев горячекатаных- в (а+Р)-области прутковых полуфаб]рикатов из сплаваВТ22:в интервалтемператур^Тпп-30'°€.ТШ1-20,оС с выдержкой. 1 час способствует формированию мелкозернистой структуры со средним размером субзерна ~ 5. 10 мкм.

- 3. Обнаружено, что- температура: нагрева в Р-области в значительной степени влияет на структуру сплава. VST5553 после охлаждения. При значительном перегреве Тпп+100-. .150 °€ в сплаве резко увеличивается число вакансий, активизирующих диффузионные процессы, и становящихся причиной появления; предвыделений, не формирующих в ОЦК-матрице собственную решетку. Присутствие предвыделений- тормозит процессы распада p-твердого раствора в низкотемпературной области, по гомогенному механизму и активизирует р—>а-превращение по гетерогенному механизму распада при непрерывном- нагреве- сплава: Предложена ступенчатая: термическая- обработка для исключения появления; в структуре сплава. VST5553 предвыделений за счет отжига вакансий.

4. Предложена методика оценки степени; деформации в. сплавах, при осадке по зеренной структуре, выявляемой при микроструктурном анализе.

5. Определена, последовательность, протекания деформационно-индуцированных фазовых переходов: и развития: . структурных преобразований при холодной деформации осадкой метастабильного p-твердого раствора в сплавах ВТ22 и Ti-10V-2Fe-3Al. Предложена кристаллогеометрическая модель деформационно-индуцированных переходов (р —;> т —> а"; Р ~^ ос" —> а') и рассмотрены морфологические особенности формирующейсяструктуры.

6. Изучена стадийность протекания: процессов распада в закаленных и холоднодеформированных прутковых полуфабрикатах из сплавов ВТ22 и Ti-10V-2Fe-3 Al при нагреве. Установлено, что образование деформационно-индуфированных фаз (т, а", а') и увеличение наклепа при холодной деформации способствуют сдвигу температурных интервалов, связанных с процессами распада, в область низких температур примерно на 50 °С, по сравнению с закаленным состоянием.

7. Обнаружено, что в ходе низкотемпературного старения сплава Ть10У-2Ре-ЗА1 при температурах 250 °С , 300 °С независимо от температуры закалки (как из (3-, так и (а+Р)-области) происходит распад метастабильного (3-твердого раствора с образованием мелкодисперсных частиц ш-фазы при 250 °С, а при 300 °С и аи-неравновесной фазы. Наличие в структуре первичных частиц а-фазы не подавляет образование ш-фазы, но способствует выделению неравновесной ан-фазы в прилегающих областях к а-частицам.

8. Разработан режим упрочняющей термической обработки сплава ВТ22, включающий закалку на воздухе с 830 °С, и двойное старение (500 °С, 8 часов + 600 °С, 1 час), который обеспечивает получение высокопрочного состояния (ств > 1450 МПа; 5 > 8 %; КОТ > 0,32 МДж/м2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нарыгина, Ирина Вячеславовна, 2010 год

1. Белов С.П., Брун М.Я., Глазунов С.Г. и др. Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов / М.: Металлургия. 1992. 352 с.

2. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и; термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов / М.: МИСИС. 2001. 416 с.

3. Борисова Е.А., БочварГ.А., БрунМ.Я; и др: Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / М.: Металлургия. 1980. 464 с.

4. Ильин A.A., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник / М.: ВИЛС МАТИ. 2009. 520 с.

5. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Металлургия. 1979. 511 с.

6. КоллингзЕ.В. Физическое металловедение титановых сплавов. Пер: с англ. М/. Металлургия. 1988. 224 с.

7. Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран / М.: ВИЛС, 2000. 316с.

8. Глазунов С.Г., Важенин С.Ф., Зюков-Батырев Г.Д. и др. Применение титана в народном хозяйстве / Киев: Техника. 1975. 200 с.

9. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Титановые сплавы. Конструкционные титановые сплавы/М.: Металлургия. 1974. 368 с.

10. Полькин И.С. Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов / М.: Металлургия. 1984. 96 с.

11. Моисеев ВЫ. Бета-титановые сплавы и перспективы- их развития // МиТОМ. 1998. № 12. с. 11-14.

12. Братухин А.Г., Иванов Ю.Л., Марьин Б.II. и др. Штамповка, сварка, пайка и термическая обработка титана и его сплавов в авиастроении / М.: Машиностроение. 1997. 600 с.

13. Чечулин Б.Б:, Ушков С.С., Разуваева И.1-1. и др. Титановые сплавы в машиностроении / Л1: Машиностроение. 1977. 248 с.

14. Фроуз Ф.Х., Мэлоун Р.Ф;, Вильяме Дж.С. и др. Разработка титановых сплавов^ со структурой метастабильной ß-фазы и взаимосвязь свойств / В кн. Деформация, и свойства материалов для авиационной и космической техники. М.: Металлургия. 1982. с. 132-153.

15. Хэммонд Э., Наттинг Дж. Металловедение жаропрочных и титановых сплавов / В кн. Деформация-и свойства материалов для авиационной и космической техники. М.: Металлургия. 1982. с. 73-112.

16. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы / М.: Металлургия. 1976. 448 с.

17. Титан. Металловедение и технология: Сб. трудов III Международной конференции по титану / М.: ВИЛС. 1977-1978. Т. 1 485 е.; Т. 2-738 е.; Т. 3 -591 с.

18. Братухин А.Г., Колачев Б.А., Садков В.В. и др. Технология производства титановых самолетных конструкций/М.: Машиностроение. 1995. 448 с.

19. Колачев Б.А. Основные принципы легирования титановых сплавов // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1996. № 4. с. 34-41.

20. Ишунькина T.B. Бета-титановые сплавы // Технология легких сплавов. 1990; № 10. с. 56-70:

21. Колачев Б.А., Рынденков Д.В. О сопоставлении состава и свойств титановых сплавов по эквивалентам, молибдена и--алюминия // Металлы. 1995. № 4. с. 68-76.

22. Александров В.К., Аношкин Н.Ф:, Белозеров А.П. и -др. Титановые: ; сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов / М.:ВИЛС. 1996; 581 с.23; Технологияшегких сплавов;. 1972. № 2. .е.- 63-114.

23. Полькин И.С., Родионов ВШ., Ишунькина Т.В. ж др. Структура и свойства полуфабрикатов из высокопрочного сплава ВТ22 // Технология легких сплавов. 1992! № 10. с. 15-18.

24. Abolikhina O.V., Antonyuk S.L., Molyar О.H. Structure,, strength and plasticity of semifinished products of VT22 titanium alloy // Materials Science. 2008. № 3. vol. 44. p. 400-404.

25. Koll'erov M;Yu., Il'in A.A., Mämonov A.M. Influence of heating and cooling conditions on thermal stresses and deformation of titanium, alloy semifabricates // Metal Science and Heat Treatment. 1994. vol. 36. p. 562566.

26. Федирко В.Н., Погрелюк И.Н., Моляр А.Г. и др. Технология вакуумного азотирования деталей шасси АН-148 из сплава ВТ22 // Сб. Межд. конференции «Ti-2005 в СНГ», Украина, г. Киев. 2005. с 123-129.

27. Хореев А.И. Теория и практика создания современных комплексно легированных титановых сплавов для авиакосмической и ракетной техники // Сб. Межд. конференции «Ti-2008 в СНГ», Россия, г. Санкт-Петербург. 2008. с. 337-351.

28. Розенберг Х.В. Свойства нового ковочного сплава Ti-10V-2Fe-3Al / В кн. Деформация и свойства материалов для авиационной и космической техники. М.: Металлургия. 1982. с. 257-268.

29. Muneki S., Kawabe Y., Takahashi J. Effect of solution treatment on strength and toughness in Ti-10V-2Fe-3Al alloy // J. Japan Inst. Metals. 1987. № Ю. p. 916-922.

30. Terlinde G., FiescherG. |3-Ti alloys // Proc. of 8-th World Conference «Titanium-95. Science and Technology». Birmingham (UK). 1995. vol. 3. p. 2177-2199*

31. Boyer R.R., Kuhlman G.W. Processing properties relationships of Ti-10V-2Fe-3Al // Met. Trans. A. 1987. vol. 18A. p. 2095-2103.

32. Chenggong L., Jimin M. Titanium application in aviation industry of china // Proc. of 7-th World Conference «Titanium-92. Science and Technology». San Diego, Calif. (USA). 1992. vol. 3. p. 2891-2897.

33. Williams J.C., Lutjering G. P-alloys / В кн. Enginering Materials and Processes (Titanium). 2007. c. 283-336.

34. Arrazola P. J., GarayA., IriarteL.M., ArmendiaM. Mary a S., MaotreF.Le. Machinability of titanium alloys (Ti-6A1-4V and Ti-5553) // Journal of materials processing technology. 2009. vol. 209. p. 2223-2230.

35. Попов А.А. Структура и свойства титановых сплавов. Ч. 1. Процессы формирования структуры. Учеб. пособие / Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2008. 138 с.

36. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов / М.: МИСИС. 2005. 432 с.

37. БрунМЛ., ШахановаГ.В., УколоваО.Г. Закономерности формирования зеренной структуры титановых сплавов при деформации и термической обработке в Р-области // Титан. 1995. № 12. с. 38-43.

38. Бородкина М.И., Спектор Э.Н. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов / М.: Металлургия. 1981. 272 с.50.