Влияние примеси кремния на механические свойства титана и сплавов его с алюминием и цирконием » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние примеси кремния на механические свойства титана и сплавов его с алюминием и цирконием

31.10.2020

Кремний является неизбежной примесью во всех технических сортах титана и вследствие этого присутствие его в тех или иных количествах обнаруживается во всех промышленных сплавах на основе титана. В этих сплавах кремний ведет себя подобно железу, т. е. повышает прочностные и снижает пластические свойства металла. Так, например, по данным, временное сопротивление сплавов титана с кремнием, прокатанных при температуре 785° в лист толщиной 1,5 мм и закаленных в воде с температуры 870°, при увеличении содержания кремния от 0 до 0,44% возрастает от 55,9 до 62,8 кгс/мм2 при одновременном снижении относительного удлинения с 24 до 18%.

В работе было показано, что аналогичное влияние оказывает кремний и на механические свойства тройных титановоалюминиевованадиевых сплавов (Ti+6% Al+ 2,5% V) в интервале температур от 20 до 800°. В этой работе было установлено, что при введении 0,3 % Si временное сопротивление и предел текучести сплава Ti + 6% Al+2,5% V при 20° возрастают соответственно от 75 до 81 и от 60 до 68 кгс/мм2, а при 600° — от 33 до 38 и от 26,8 до 30 кгс/мм2. При этом относительное удлинение при всех температурах уменьшается в среднем на 2—4%

В известной нам литературе отсутствуют данные о влиянии кремния на ударною вязкость сплавов на основе титана, что представляет наибольший интерес, так как из диаграммы состояния системы Ti—Si известно, что кремний обладает весьма незначительной растворимостью в твердом титане и при содержании его более 0,2% способен давать с титаном интерметаллид — силицид титана Ti5Si3. Присутствие в структуре сплава включений этого силицида должно заметно снижать ударную вязкость сплава.

При рассмотрении влияния кремния на титановые сплавы, содержащие цирконий, следует учитывать, что согласно диаграмме состояния системы Zr — Si эти два металла также способны образовывать силициды, состав которых зависит от соотношения между цирконием и кремнием в сплаве. Однако в сплавах на основе титана, содержащих сравнительно небольшое количество циркония при содержании кремния, превышающем его растворимость в титане, наиболее вероятным будет присутствие в структуре силицида титана Ti5Si3, содержащего некоторое количество циркония или тройного силицида (TiZr)5Si3.

В судостроительной промышленности получили большое применение кованые, катаные и тянутые полуфабрикаты из технически чистого титана марки ВТ1-1, сплава титана с алюминием марки 48-Т2 и сплава титана с алюминием и цирконием марки 48-Т7. Поэтому представляло интерес исследовать влияние различных количеств кремния на механические свойства этих сплавов при различных температурах.
Влияние примеси кремния на механические свойства титана и сплавов его с алюминием и цирконием

В настоящей статье приводятся данные о влиянии содержания примеси кремния в количествах до 0,3% на механические свойства титана марки ВТ1-1, сплавов системы Ti—Al, содержащих до 2,5% Al, и Ti—Al—Zr, содержащих 1,6—2,36% Al и 1,6—3,0% Zr.

Для приготовления сплавов была использована губка марки ТГ-118, сертификатные данные на которую приведены в табл. 1.

Сплавы в виде слитков весом 10 кг выплавлялись в лабораторной вакуумно-дуговой печи методом двойного переплава расходуемых электродов. Алюминий, цирконий и кремний запрессовывались в расходуемый электрод в виде стружки (алюминий, цирконий) или порошка.

Отлитые слитки после механической обработки (обточки) перековывались на молотах мощностью 500 и 250 кг на круглые прутки размером диаметра 15x380 мм и бруски размером 15x30x220 мм. Ковка технически чистого титана проводилась в интервале температур 980—750°, а сплавов систем Ti—Al и Ti—Al—Zr — в интервале 1100—800°. Отжиг кованых заготовок производился в электрической камерной печи по режиму: посадка в печь, разогретую до температуры отжига, прогрев заготовок до температуры печи, выдержка 15 минут и охлаждение на воздухе. Температура отжига заготовок из технически чистого титана была 680°, а заготовок из сплавов — 820°.

Из отожженных заготовок изготовлялись образцы для испытания на растяжение в интервале температур 20—600°, а на удар — при 20°. Испытания на удар производились на образцах типа Менаже.

Химический состав исследованных сплавов представлен в табл. 2, а результаты механических испытаний в интервале температур 20—600° — в табл. 3.

Влияние примеси кремния на свойства технически чистого титана


Из данных табл. 3 следует, что увеличение содержания кремния ст 0,06 до 0,26% повышает прочностные характеристики технически чистого титана марки BT1-1 во всем интервале температур от 20 до 600°. Наиболее резкое повышение этих характеристик имеет место при 20° (временное сопротивление возрастает от 39,3 до 46,1 кгс/мм2, предел текучести — от 32,7 до 42,3 кгс/мм2) и сопровождается снижением пластичности (относительное удлинение уменьшается с 33,1 до 24,7%, относительное сужение — с 74,4 до 70,6%).

Прочностные характеристики титана независимо от содержания кремния в исследованных пределах наиболее резко снижаются (более чем в 2 раза) при повышении температуры испытания от 20 до 300°. При повышении температуры испытания от 300 до 500° падение прочностных характеристик титана, содержащего до 0,26% Si, резко замедляется и проявляется вновь в заметной степени, только когда температура испытания становится выше 500°.

Повышение температуры испытания от 20 до 300° вызывает резкое снижение относительного удлинения титана, содержащего 0,06 и 0,11 % Si, и практически не сказывается на величине относительного удлинения титана, содержащего 0,26% Si, и на величине относительного сужения титана, содержащего 0,06—0,26% Si. Заметное снижение относительного удлинения титана с максимальным содержанием примеси кремния (0,26% Si) происходит при повышении температуры испытания от 300 до 400°, тогда как для титана, содержащего 0,06—0,11% Si, в этом интервале температур изменения относительного удлинения практически не происходит.

Повышение температуры испытания от 500 до 600° приводит к заметному возрастанию относительного удлинения и относительного сужения титана, содержащего 0,06—0,26% Si.

Ударная вязкость технически чистого титана марки BT1-1 при 20° при повышении содержания кремния от 0,06 до 0,26% практически не изменяется и составляет 20,8—21,5 кгс*м/см2.

Влияние примеси кремния на свойства сплавов Ti+1,7% Al и Ti+2,5% Al


Из табл. 2 следует, что при увеличении содержания кремния от 0,08 до 0,18% прочностные характеристики титановоалюминиевых сплавов, содержащих 1,67—2,5% Al, возрастают на 4—7 кгс/мм2. Характер изменения прочностных характеристик этих сплавов с повышением температуры аналогичен характеру изменения технически чистого титана марки BTl-1. И у этих сплавов происходит, хотя и менее резко, падение прочностных характеристик с повышением температуры от 20 до 300° и от 500 до 600°, тогда как повышение температуры испытания от 300 до 500° вызывает значительно меньшее снижение этих характеристик.

Относительно более заметное влияние (особенно при содержании алюминия более 2%) оказывает увеличение содержания кремния на пластичность исследованных титановоалюминиевых сплавов, вызывая снижение ее во всем интервале температур (20—600°).

Повышение температуры испытания от 20 до 300° вызывает заметное снижение относительного удлинения исследованных сплавов и повышение их относительного сужения. При повышении температуры испытания от 300 до 500° снижение относительного удлинения сплавов замедляется, а при дальнейшем повышении температуры испытания от 500 до 600° наблюдается резкое возрастание этой характеристики для всех исследованных сплавов.

Относительное сужение сплава, содержащего 1,7% Al и 0,10—0,16% Si, а также сплава, содержащего 2 5% Аl и 0 10% Si, при повышении температуры испытания от 300 до 500° несколько снижается. Для всех других исследованных титановоалюминиевых сплавов, содержащих примесь кремния, в этом интервале температур величина относительного сужения возрастает незначительно. Заметное возрастание величины этой характеристики наблюдается для всех исследованных сплавов при повышении температуры испытания от 500 до 600°.

Ударная вязкость при 20° сплава содержащего — 1,7% Al, при повышении содержания кремния от 0,08 до 0,16% снижается с 15,1 до 13,9 кгс*м/см2. а сплава, содержащего -2,5% Al. при повышении содержания кремния от 0,10 до 0,18% — с 14,4 до 12,9 кгс*м/см2.

Влияние примеси кремния на свойства сплавов Ti+1,6% Al+1,8% Zr и Ti+2,4% Аl+3,0% Zr


Прочностные характеристики титановоалюминиевопиркониевых сплавов с увеличением содержания кремния от 0.08 до 0,29% несколько возрастают во всем интервале температур от 20 до 600° (табл. 3) Максимальное возрастание этих характеристик наблюдается для сплава Ti+(2,13—2,36) % Al+(2,6—3,0) % Zr при увеличении содержания кремния от 0,12 до 0 29%. На характеристики пластичности исследованных сплавов введение до 0,29% Si также не оказывает резкого влияния. Относительное удлинение исследованных сплавов системы Ti—Al—Zr. содержащих примесь кремния до 0 29%, несколько снижается с повышением температуры испытания до 500° и резко возрастает при дальнейшем повышении температуры до 600°. Относительное сужение этих сплавов независимо от содержания кремния в исследованных пределах непрерывно возрастает при повышении температуры испытания от 20 до 300°. В интервале температур 300—500° возрастание относительного сужения происходит в меньшей степени. Заметное возрастание относительного сужения исследованных сплавов происходит при повышении температуры испытания от 500 до 600°.

Ударная вязкость при 20° сплавов, содержащих -1,7% Al и -1,8% Zr, в зависимости от содержания примесей лежит в пределах 10,2—12,4 кгс*м/см2, а сплавов, содержащих -2,3% Al и 2,8% Zr, — в пределах 9,2—10,5 кгс*м/см2, т. е. снижается с повышением содержания кремния на 10—20%.

Выводы


1. Увеличение содержания кремния до 0,29% в технически чистом титане марки BT1-1 и сплавах Ti+(1,67—2,5) % Al и Ti+(1,6—2,36) % Al + (1,62—3,00) % Zr вызывает повышение их прочностных характеристик при температурах испытания от 20 до 600° при одновременном снижении пластичности и ударной вязкости при 20°.

2. Из исследованных сплавов повышение содержания кремния от 0,06 до 0,26% наиболее сильно влияет на механические свойства технически чистого титана марки BT1-1.

3. Присутствие примеси кремния в пределах до 0,15% оказывает незначительное влияние на механические свойства всех исследованных в работе сплавов, что хорошо согласуется с данными испытаний механических свойств кованых, катаных и тянутых полуфабрикатов (поковки, трубы, листы).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: