Некоторые особенности ковки и проката борсодержащих а-сплавов титана » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Некоторые особенности ковки и проката борсодержащих а-сплавов титана

02.11.2020

Влияние бора на свойства сплавов титана изучается в течение длительного времени. Интерес к бору вызван тем, что под его влиянием повышаются пластические свойства и уменьшается разброс механических свойств металла слитков, листов и поковок, а также увеличивается сопротивление материала ползучести. Ударная вязкость литого металла при этом снижается, но в деформированном металле это снижение обычно незначительно. Испытания листов из борсодержащего сплава 48-ОТ3B на подрыв показали, что стойкость части листа, соответствующей литниковой части слитка, повышается, а части листа, соответствую шей донной части слитка, — понижается (по сравнению с листами сплава 48-ОТЗВ, не содержащего бора).

В ряде случаев бор положительно влияет на металл поковок, эффективность его действия на металл листов сильно снижается и отрицательные стороны его влияния начинают превалировать над положи тельными. В связи с изложенным представляет интерес более глубоко изучить механизм влияния бора на свойства сплавов титана, с тем чтобы иметь возможность за счет введения бора во всех случаях улучшить свойства металла.

Присутствие бора в сплавах приводит к снижению ударной вязкости, а иногда и пластичности литого металла вследствие выделения боридов титана как самостоятельной фазы, располагающейся в виде прослоек по определенным кристаллографическим плоскостям Эти прослойки, являясь концентраторами напряжений, снижают пластичность и даже прочность сплавов в литом состоянии. При испытании металла статической или динамической нагрузкой разрушение всегда проходит по пластинчатым выделениям боридов. Повышение пластических и других свойств сплавов титана вызывается той частью бора, которая находится в твердом растворе, и происходит вследствие того, что бор превращает «блочную» структуру макрокристаллов литого металла в мелкодисперсную, однородную. Микроструктура под влиянием бора приобретает тонкое строение с сильно переплетенными пластинами a-фазы, что также способствует повышению пластических свойств.

Ударная вязкость литого металла а-сплавов титана начинает понижаться при содержании около 0,002% В, т. е. при концентрации, далекой от предела насыщения, при полном отсутствии в металле самостоятельной боридной фазы. Обычно понижение ударной вязкости литого металла связывают с выпадением по границам зерен прослоек, ослабляющих связь между зернами. При изучении структуры литого металла сплавов 48 ОТЗ и 48-ОТЗВ с добавками бора и без бора с 600-кратным увеличением не было обнаружено различия в строении границ зерен. Только при исследовании металла на электронном микроскопе (х15000) четко выявлялось различие в строении границ зерен и прослоек пластин a-фазы (рис. 1, а и б). Было установлено, что борсодержащий металл имеет более сложное строение прослоек пластин а-фазы, которые под влиянием бора утолщаются и как бы раздваиваются, образуя широкий барьер между соприкасающимися пластинами а-фазы. По-видимому, это связано с обогащением бором границ зерен и прослоек пластин а-фазы. Это предположение подтверждается в какой-то степени также в работе, в которой изучалось распределение серы и углерода в литом металле а-сплавов титана с помощью радиоактивных изотопов. Эти элементы, как и бор, однотипно снижают ударную вязкость литого металла. При концентрации выше предела растворимости они, как и бор, образуют сетку интерметаллических выделений по границам зерен и способствуют образованию межкристаллитного излома литого металла. По растворимости в титане бор занимает промежуточное положение между серой и углеродом. Поэтому можно предполагать, что выделяющийся из твердого раствора бор в литом металле будет располагаться так же, как сера и углерод.

Как было показано в работе, сера и углерод даже при весьма малых дозах (десятитысячные доли процента) концентрируются по границам макро- и микрозерен и по прослойкам пластин а-фазы. Локальное расположение этих элементов и, по-видимому, бора является наиболее вероятной причиной понижения ударной вязкости литого металла.

Проведенные нами опыты по ковке небольших лабораторных слитков (весом 5—30 кг) показали, что деформация борсодержащих сплавов способствует повышению ударной вязкости металла. При этом ее значения были примерно такими же, как у металла без бора Металл, содержащий бор, после отжига при температуре 1100° обладал высокими свойствами пластичности, в то время как у металла, не содержащего бора, пластичность сильно снизилась.

С учетом изложенного представляло интерес установить, какую деформацию металла при ковке следует считать достаточной для получения удовлетворительной ударной вязкости. Для изучения этого вопроса из слитков весом 30 кг сплава 48-ОТ3, содержащих от 0,002 до 0,005% В, были вырезаны заготовки размером 45x45x60 им, которые проковывались с различной степенью деформации (от 25 до 75%). Заготовки после ковки подвергались отжигу при температуре 900° для снятия термических напряжений.

Как видно из табл. 1, сплав 48 ОТ3 без бора достигает предельного значения ударной вязкости при деформации 23%; борсодержащий сплав 48-ОТ3В приобретает удовлетворительные значения ударной вязкости только при деформации на 75% (т, е. после 4-кратного укова).
Некоторые особенности ковки и проката борсодержащих а-сплавов титана

Опыты показывают, что ковка борсодержащих сплавов должна про водится с достаточно хорошей проработкой литой структуры с целью не только размельчения ее, но и для разрушения локального расположения микровыделений бора.

Как уже указывалось, приведенные данные относятся к слиткам небольшого веса. При введении бора в промышленные слитки необходимо учитывать особенности их кристаллизации, которые могут изменить характер выделения бора. Поэтому влияние величины укова на уровень ударной вязкости борсодержащего металла должно быть проверено на крупногабаритных слитках. При медленной кристаллизации борсодержащих сплавов (например, при выплавке промышленных слитков) в структуре литого металла выделяются бориды титана. Для изучения влияния боридных выделений на механические свойства сплава 48-ОТ3В из пяти промышленных слитков диаметром 830 мм с содержанием 0,01% В из донной части были вырезаны заготовки размером 30х40х150 мм, которые проковывались на пруток сечением 14х14 мм. Литые заготовки под ковку имели в структуре большое количество пластинчатых выделений боридов (рис. 2).

Литой металл промышленных слитков, содержащий бориды, имеет низкий уровень пластических характеристик.

Ковка с высокой степенью деформации привела к полной ликвидации вредного влияния боридных включений за счет их дробления. Кованый металл имел высокие механические характеристики.

Поскольку в слитках бориды располагаются (рис. 3) различно (в зоне столбчатых кристаллитов ориентированы вдоль осей роста, в зоне равноосных кристаллитов — дезориентированы), представляло интерес изучить, как влияет степень деформации на механические свойства металла, взятого из различных зон слитка.

Для проведения опыта из промышленного слитка, содержащего выделения боридов, из зоны равноосных и столбчатых кристаллитов вырезались заготовки для ковки и прокатки. Ковка заготовок производилась с деформацией на 50, 75, 83, 87 и 92% (т. е. соответственно с 2-, 4-, 6-, 8- и 12-кратным уковом по площади). Результаты испытаний кованого металла приведены в табл. 2.

Прокатка заготовок производилась с 2-, 3-, 4- и 5-кратным обжатием по толщине заготовки. Заготовки, вырезанные из зоны равноосных кристаллитов, прокатывались вдоль направления их роста, чтобы сохранить ориентацию столбчатых кристаллитов одинаковой с листовым прокатом из промышленных слитков. После горячей пластической деформации катаные карточки и поковки отжигались при температуре 900° для снятия термических напряжений.

Как видно из табл. 3, катаный металл, содержащий бор, имеет удовлетворительные характеристики прочности и пластичности, однако значения ударной вязкости понижены (на 3—4 кгс*м/см2 ниже значений ударной вязкости кованого металла). Кованый металл уже после двухкратного обжатия имеет удовлетворительный уровень ударной вязкости (особенно металл из зоны слитка с равноосными кристаллитами) при высоких значениях пластических характеристик.

Из рис. 4 и 5, где приведены изломы образцов Менаже, видно, что катаный металл имеет сильно развитое слоистое строение даже при 5-кратном обжатии, в то время как у кованого металла структура хорошо прорабатывается уже при 4-кратном укове.

Изучение изломов при увеличении в 10—20 раз показало, что в катаном и кованом металле имеются гнезда выкрошившихся при разрушении металла пластинчатых выделений. При изучении микроструктуры катаных карточек было установлено, что при обжатии бориды дробятся, но сохраняют вид вытянутых включений, с частично выкрошившейся основой (рис. 6).

Включения подобного типа располагаются в металле в виде игл, прорезывающих основную структуру цепочек, или в виде отдельных включений. Замечено, что в металле из зоны столбчатых кристаллитов преобладают игольчатые и строчечные включения, а в металле из зоны равноосных кристаллитов — равномерно разбросанные по всему металлу отдельные включения (рис. 1). Подобного типа включения были обнаружены и в листах, прокатанных из промышленных слитков борсодержащего сплава 48 ОT3B.

По всей вероятности, строчечным характером расположения боридов в части листов, соответствующей данной зоне слитков, можно объяснить пониженную взрывостойкость опытных карточек, вырезанных из этих участков. Строчечное расположение боридов отрицательно влияет на свойства титана. Подобное влияние было замечено при строчечном расположении включений глинозема в листах броневой стали. Из опыта производства броневой стали известно также, что строчечные включения резко снижают противоснарядную стойкость.

В зоне боковых столбчатых кристаллитов отрицательное влияние боридов должно сказываться в меньшей степени, так как деформация при прокатке идет перпендикулярно столбчатым кристаллитам, что приводит к их большему раздроблению и нарушению строчечной структуры боридов.

При изучении строения боридов в кованом металле установлено, что они сильно раздроблены и по форме напоминают глобулярные включения. Поэтому при выплавке борсодержащих титановых сплавов для листов необходимо применять особые технологические приемы, которые помогли бы ликвидировать или значительно снизить количество пластинчатых и игольчатых выделений боридов.

Как показали исследования, для получения высоких механических свойств слитки борсодержащих сплавов необходимо подвергать всестороннему обжатию ковкой. По-видимому, при получении листового проката из борсодержащих сплавов необходимо изготавливать слябы с предварительной осадкой и обжатием слитка.

Благотворное влияние бора при такой схеме деформации было показано в работе: поковки из слитков сплава 48-Т2, выплавленных с введением 0,01% В и прокованных с предварительной осадкой на ступицу гребных винтов даже со сравнительно небольшой степенью деформации, имели высокие механические свойства при удовлетворительной их однородности.

Такая технология, естественно, усложняет процесс изготовления листов, но может быть применена в том случае, когда необходимо повысить свойства пластичности, уменьшить ползучесть и улучшить взрывостойкость листов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: