Влияние дегазации на стабильность ударной вязкости а-сплавов при длительном хранении в атмосферных условиях

В работах показано, что вакуумный отжиг титана снижает общее содержание водорода в металле и повышает его ударную вязкость. Однако в литературе имеются сведения о вредных последствиях вакуумного отжига. Например, в книге В.А. Ливанова и др. сообщается о резком падении ударной вязкости дегазированных сплавов в процессе длительного хранения на воздухе. Авторы объясняют это тем, что дегазированный титан поглощает из атмосферы водород, наличие которого и приводит к снижению ударной вязкости. В работах других авторов, однако, не подтверждается отрицательное влияние вакуумного отжига на ударную вязкость при вылеживании. Нами была проведена тщательная проверка стабильности ударной вязкости отожженных в вакууме поковок из а-сплавов 48-ОТЗ и 48-ОТЗВ при длительном хранении их в помещении и на открытом воздухе.



Исследование проводилось на поковках из сплавов 48-ОТЗ и 48-ОТЗВ, имевших крупное зерно, что характерно для нагретого и малодеформированного металла, и мелкозернистую структуру, типичную для мелких поковок и штамповок.

Крупное зерно создавалось при нагреве кованых заготовок размером 125х135х270 мм из сплава 48-ОТЗ в электропечи при температуре 1100° в течение 10 часов. До нагрева в исходном кованом металле ударная вязкость составляла 5,9 кгс*м/см2, а содержание водорода было 0,003—0,006%. Нагрев до 1100° привел к повышению содержания водорода до 0,008% и снижению ударной вязкости до 4,7 кгс*м/см2. После нагрева заготовки механически обрабатывали со всех сторон др размера 110х120х250 мм. Влияние высокотемпературного вакуумного отжига (900—950°) на ударную вязкость исследовалось в связи с тем, что имеются сведения об усилении снижения ударной вязкости в процессе длительного хранения под воздействием более высоких температур вакуумного отжига.

После вакуумного отжига ударная вязкость повышалась до исходного значения (5,2—6,6 кгс*м/см2) и только при не достаточных для обеспечения полной дегазации режимах вакуумного отжига (750°, 5 часов и 800°, 5 часов) восстанавливалась неполностью (5,1 и 4,7 кгс*м/см2 соответственно).

Дегазированные поковки сечением 110х120х250 мм из сплава 48-ОТЗ составили первую серию образцов. Из поковок вырезали образцы для определения содержания водорода по сечению. Количество водорода определяли непосредственно после вакуумного отжига и после хранения поковок на воздухе в атмосферных условиях в течение 17 месяцев и 3 лет. Из поверхностных слоев заготовок изготавливали также ударные образцы Менаже, которые испытывали в те же сроки.

Кроме образцов из крупных поковок, испытывали вторую серию дегазированных образцов (образцы Менаже). Были взяты сплавы 48-ОТЗ и 48-ОТЗВ в мелкозернистом кованом состоянии, а также после высокотемпературного нагрева до 1100° без последующей деформации. Образцы Менаже отжигали в вакуумной печи по вышеуказанным режимам. Поскольку сечение образцов Менаже было значительно меньше сечения поковок (первая серия), дегазация их проходила более полно (до содержания водорода 0,001—0,002%). Образцы второй серии испытывали на удар сразу после вакуумного отжига, через неделю, две недели, 1 месяц, полгода и полтора года хранения в комнатных условиях и на открытом воздухе. Одновременно определяли содержание в них водорода. При испытаниях образцов второй серии проверялось влияние момента выполнения надреза (до или после вакуумного отжига) на свойства металла при длительном хранении. Для этого у одних образцов надрез наносился до вакуумного отжига, у других — сразу после дегазации и у остальных — непосредственно перед испытанием после каждого срока вылеживания.



Результаты испытания ударных образцов Менаже, изготовленных из поверхностных слоев поковок сечением 110х120х250 мм, показывают (табл. 1), что хранение вакуумированных поковок на открытом воздухе в течение 3 лет не привело к снижению ударной вязкости металла. Содержание водорода в этих образцах после длительного вылеживания оказалось таким же, как в образцах, у которых содержание водорода определялось непосредственно после вакуумного отжига. Очень подробно исследовалось распределение водорода по сечению дегазированных поковок после различных сроков хранения. В этих экспериментах первые анализы производились на глубине 2—3 мм от поверхности. Некоторые из полученных данных о распределении водорода после 17 месяцев и 3 лет вылеживания приведены на рисунке, из которого видно, что водород распределен довольно равномерно. Наблюдается даже некоторое понижение содержания водорода от центра к поверхности, что характерно для крупных дегазированных поковок, в которых содержание водорода определено непосредственно после вакуумного отжига. Ни в одном случае не наблюдалось повышения содержания водорода в поверхностных слоях металла глубиной от 2—3 мм, а количество водорода нигде не превышало его количества в дегазированных поковках (0,003—0,004%).

В табл. 2 представлены результаты испытания ударной вязкости дегазированных при 850° в течение 5 часов образцов Менаже из сплавов 48-ОТЗВ и 48-ОТЗ и содержание в них водорода после выдержки в помещении и на открытом воздухе (вторая серия). На основании полученных данных можно сделать вывод, что длительное хранение дегазированного металла сплавов 48-ОТЗ и 48-ОТЗВ как в атмосферных условиях, так и в закрытом помещении не изменило уровня ударной вязкости и не привело к их наводороживанию. Вакуумирование при более высоких температурах (900—950°) дало аналогичные результаты (табл. 1 и З).

Эти данные опровергают представление о том, что при повышении температуры вакуумного отжига ударная вязкость после вылеживания еще более снижается.

Наконец, были сопоставлены результаты испытаний образцов с надрезами, изготовленными в разные сроки (табл. 4). Рассматривая эти данные, можно сделать вывод, что независимо от момента выполнения надреза (до вакуумного отжига, после дегазации или непосредственно перед механическими испытаниями) ударная вязкость после полугодового хранения практически остается неизменной. Содержание водорода при этом во всех случаях находилось в пределах 0,001 %.



Длительное вылеживание (до трех лет) дегазированного металла титановых а-сплавов 48-ОТЗ и 48-ОТЗВ как в атмосферных условиях, так и в закрытом помещении при комнатной температуре не приводит к наводороживанию металла и снижению ударной вязкости. Повышение температуры дегазации титановых сплавов до 950° также не привело к снижению ударной вязкости в процессе вылеживания. He повлиял на стабильность ударной вязкости и момент выполнения надреза.