CC BY
67
mu г: гшшгг гг:г
1 (59), 2011-
The methods, enabing to produce the comparative appraisal of the titanium alloy ability to harden as a result of high-temperature thermal-mechanical processing depending on temperature and rate of deformation at forging, is developed.
в. н. федулов, бнту
УДК 674.21.
методика сравнительной оценки отособности титановых сплавов к термическому упрочнению в результате втмо
Всесторонняя ковка является основной схемой подготовки структуры при производстве поковок ответственного назначения из титановых сплавов. Температура, степень и скорость деформации и условия охлаждения после деформации оказывают существенное влияние на механические свойства и характеристики их работоспособности [1-3]. Но до сих пор нет единой методики по оценке способности титановых сплавов к последующему термическому упрочнению в зависимости от температуры и степени предшествующей деформации. Однозначно лишь установлено [4], что при термическом упрочнении на уровень св >1080 МПа предпочтение следует отдавать полуфабрикатам с нерекри-сталлизованной структурой ввиду обеспечения более высокого комплекса механических свойств по сравнению с рекристаллизованной структурой.
В настоящей работе сделана попытка рассмотрения одного из вопросов этой проблематики на примере сплава ВТ23 (¿п.п= 920 °С): разработка вышеупомянутой методики для решения задачи по выбору режимов ковки. Фасонные поковки (рис. 1) получали ковкой с температуры 900, 1050 и 1150 °С из заготовок плиты размерами 130*200*200 мм на молотах с массой падающих частей 3000 кг (при деформации с 900 °С) и 750 кг (с 1050 и 1150 °С). Деформацию проводили за один раз по следующей технологической схеме. Осуществляли нагрев заготовки до температуры ковки в газовой печи, выдерживали в течение 30 мин, получали поковку размерами 160*160*200 мм осадкой заготовки по плоскости 130*200 мм и последующей протяжкой, а затем формировали поковку требуемой формы путем «оттягивания» от ее массивной части клиновидной. После деформации охлаждение поковок производили на воздухе. В сечении 20 мм скорость охлаждения составляла vохл.= 0,7-1,0 °С/с, в сече-
нии 160 мм Уохл = 0,2-0,3 °С/с. Затем исследовали структуру и определяли механические свойства (св, у, КСи, КСТ) после деформации и дополнительного старения при температуре 450 °С в течение 8 ч и малоцикловую усталость (острый кольцевой надрез г = 0,1 мм, kt = 4,0; сшах = 400 МПа; сш;п = 150 МПа; V = 5 Гц) только после старения. Образцы вырезали из сечений поковки толщиной 20 мм (в = 85%), 40 мм (в = 75%), 60 мм (в = 60%), 100 мм (в = 45%), 130 мм (в = 25%) и 160 мм (в = 12-15%).
Характерной особенностью деформации сред-нелегированных (а+Р)-титановых сплавов при температурах верхней части (а+Р)-области является то, что она влечет за собой обычно одновременное изменение Р-зерен и а-пластин. Они сплющиваются, вытягиваются вдоль направления течения металла, ускоряется процесс рекристаллизации и измельчения за счет этого зеренной и внутризе-
Рис. 1. Схема общего вида заготовки переменного сечения для прогнозирования результатов термического упрочнения поковок из сплава ВТ23
ренной структуры. Увеличение степени деформации приводит к дальнейшему измельчению структуры. Наиболее оптимальным считают степень деформации в = 40-60%. В общем случае структурные превращения в (а+Р)-титановых сплавах при горячей деформации в (а+Р)-области связывают с развитием нескольких одновременно протекающих процессов: динамической рекристаллизации, полиморфного превращения и сфероидизации. Несколько иначе протекает процесс деформации в верхней части (а+Р)-области высоколегированного сплава ВТ22. Например, после деформации при 850 °С в структуре сплава рекристаллизован-ные зерна отсутствовали при всех степенях деформации. Промежуточная картина выявлена при ковке с 900 °С (окончание при температуре около 820 °С) сплава ВТ23. При степени деформации в > 60% (толщина поковки от 20 до 60 мм) структура частично рекристаллизирована и неоднородна по сечению. Крупные зерна вытянуты в направлении деформации, по границам бывших Р-зерен в некоторых местах сохранилась а-оторочка. Внутризе-ренная структура представляет собой мелкие блоки а-фазы с весьма различной ориентировкой. Внутризеренная структура при в < 60% (массивная часть поковки) характеризуется большой степенью неоднородности размеров скоплений а-пластин и толщины самих пластин. При степенях деформации 25%<в<45% (толщина сечения поковки от 100 до 130 мм) в структуре сплава наряду с нерекри-сталлизованными зернами имеются в небольшом количестве более мелкие рекристаллизованные Р-зерна (больше в середине сечений), имеющие извилистые границы. Они образовались, по всей видимости, из-за сильной неоднородности деформации в этих зонах поковки. При степени деформации в<25% (толщина поковки более 130 мм) ре-кристаллизованные Р-зерна весьма малы и обнаруживаются лишь в середине сечения на стыках больших нерекристаллизованных Р-зерен. Количественную оценку структуры произвести практически невозможно.
Авторы работы [5] отмечали, что проведение всесторонней ковки литых заготовок в (а+Р)-области высоколегированных двухфазных титановых сплавов без предварительной подготовки структуры [6] крайне неэффективно с позиций получения однородной структуры, так как операция осадки здесь характеризуется неоднородным деформированным состоянием из-за влияния контактных сил трения и подстуживающего воздействия инструмента. Ковка поковок из сплава ВТ23 с исходной неоднородной структурой с 900 °С в данном случае подтверждает сделанные выше выводы: структура спла-
/тггтг^ г: г^штгггг /107
-1 (59), 2011 / IUI
ва во всех сечениях неоднородна, параметры структуры установить затруднительно. Однако для сплава ВТ23 наличие полностью некристаллизо-ванной или частично рекристаллизованной структуры [4] достаточно благоприятно сказывается на повышении уровня механических свойств при последующем термическом упрочнении. В данном случае (рис. 2) после деформации с охлаждением на воздухе при возрастании степени деформации от 12-15 до 60% наблюдается плавное пропорциональное повышение прочности и относительного сужения как в наружных слоях, так и в середине фасонной поковки: св повышается от значений 1090 - 1120 МПа (в = 12-15%) до 1120-1150 МПа (в = 60%) и у - от 20-26% (в = 12-15%) до 26-31% (в = 60%), при одновременном снижении ударной вязкости (KCU): от 0,54-0,56 МДж/м2 (в = 12-15%) до 0,48-0,52 МДж/м2 (в = 60%) и удельной работы вязкости разрушения образцов с трещиной (КСТ): от 0,21-0,26 МДж/м2 (в = 12-15%) до 0,210,25 МДж/м2 (в = 60%).
5 , %
Рис. 2. Влияние степени деформации при ковке фасонных поковок с температуры 900 °С на механические свойства сплава ВТ23 (•, о - после ковки и охлаждения на воздухе; ▲, А - после дополнительного старения: 450°С, 8 ч): о, А - наружные слои поковки; •, ▲ - середина
168
ми м г: мтпглгита
1 (59), 2011-
Такое изменение свойств вызвано измельчением внутризеренной структуры при увеличении степени деформации от 12-15 до 60%, в частности, измельчением блоков а-пластин и уменьшением длины а-пластин, а также увеличением количества дисперсной а-фазы, образовавшейся в р-фазе в процессе охлаждения поковок на воздухе после деформации. Одновременно с увеличением степени деформации возрастает степень дефектности структуры. Особенно сильно это начинает сказываться при увеличении степени деформации в > 60%, что приводит к смене характера зависимости св - в от прямолинейного к параболическому виду. Повышение дефектности структуры в результате деформации со степенью деформации в > 60% способствует образованию большого количества мелкодисперсной а-фазы при охлаждении поковок на воздухе в сечениях толщиной 20-40 мм со скоростью « 0,7°С /с. Можно также предположить, что при степени деформации в > 60% (при данной температуре начала деформации 900°С) и при последующем охлаждении на воздухе образуется развитая субзеренная структура в а- и р-фазах. В результате деформации с 900 °С со степенью деформации в > 60% имели следующие значения механических свойств: при в = 75% св = 1150-1170 МПа, у = 2732%, КСи = 0,47-0,51 МДж/м2, КСТ= 0,20-0,23 МДж/м2, а при в = 85% св = 1220 МПа, у = 33%, КСи = 0,5 МДж/м2, КСТ = 0,20 МДж/м2.. Одновременно с повышением степени деформации уменьшается разница в значениях механических свойств между наружными слоями и серединой поковки. Фазовый состав сплава ВТ23 во всех сечениях фасонной поковки, полученной деформацией с 900 °С и охлажденной на воздухе, представлен метаста-бильной р-фазой (ар = 0,321 нм) и а-фазой.
Проведение старения при температуре 450°С в течение 8 ч способствует распаду метастабиль-ной Рм-фазы в структуре сплава ВТ23 и вызывает вполне закономерный рост прочности примерно на 40-50 МПа в наружных слоях и в середине фасонной поковки и снижение пластичности и ударной вязкости сплава ВТ23 (рис. 2). При этом закономерность влияния степени деформации на прочностные свойства сплава ВТ23 сохраняется в том же виде, что и после деформации, а уровень механических свойств остается достаточно высоким: для степени деформации в = 12-15% (толщина сечения поковки 160 мм) св = 1130-1160 МПа, у = 15-20%, КСи = 0,39-0,45 МДж/м2, КСТ = 0,100,13 МДж/м2; для в = 45% (толщина сечения поковки 100 мм) св = 1135-1175 МПа, у = 15-24%, КСи = 0,39-0,43 МДж/м2, КСТ = 0,11-0,14 МДж/м2; для в = 60% (толщина сечения поковки 60-70 мм)
св = 1160-1200 МПа, у = 15-24%, КСи = 0,390,42 МДж/м2, КСТ = 0,10-0,14 МДж/м2; для в = 85% (толщина сечения 20 мм) св = 1260 МПа, у = 20%, КСи = 0,40 МДж/м2, КСТ = 0,10 МДж/м2. Изменение механических свойств фасонных поковок из сплава ВТ23 после деформации с охлаждением на воздухе и старения определяется влиянием степени деформации и распадом высокотемпературной р-фазы в результате охлаждения на воздухе с образованием дисперсных продуктов, а также влиянием распада метастабильной Рм-фазы с выделением мелкодисперсных пластин третичной атр-фазы в процессе старения. Так как на прочность сплава все факторы действуют в одном направлении, то закономерность изменения св (рис. 3) сохраняется после проведения старения в том же виде, что и после деформации. Влияние же старения (выделение в структуре мелкодисперсных частиц вторичной а-фазы) на пластические характеристики (у) и ударную вязкость (КСи) и трещино-стойкость (КСТ) оказывается таким, что оно нивелирует влияние степени деформации, сглаживая ход кривых изменения величины у, но меньше влияет на характер изменения КСи и КСТ.
Рис. 3. Влияние степени деформации при ковке фасонных поковок с температуры 1050 °С на механические свойства сплава ВТ23. Обозначения те же, что на рис. 2
Из рис. 2 следует также, что получение значений св > 1180 МПа (120 кг с/мм2) при термическом упрочнении в результате старения при 450 °С в течение 8 ч можно достичь по всему сечению поковки только в результате окончательной деформации с 900 °С со степенью 75% и более и при толщине сечения 40 мм и менее. Уровня упрочнения св > 1130 МПа (115 кг с/мм2) можно достигнуть при степени деформации 45% и более и толщине сечения 100 мм и менее, что вполне достижимо в условиях производства для большинства поковок и штамповок средней массы, прутков и даже для плит. При степени деформации менее 40% и толщине поковок более 100 мм можно достигать уровня упрочнения поковок св > 1080 МПа (110 кг с/мм2). При промышленном производстве полуфабрикатов на уровень их упрочнения в результате старения наряду со степенью деформации и толщиной полуфабриката будет оказывать влияние также его масса. Но как методика сравнения возможностей, заложенных в химическом составе сплавов, предложенный способ исследования в полной мере отвечает поставленной задаче.
Структура сплава ВТ23, полученная при деформации фасонной поковки с 900 °С, в значительной мере из-за своей неоднородности вызывает разброс значений малоцикловой усталости состаренных образцов с острым кольцевым надрезом (г = 0,1 мм, ^ = 4,0; сшах = 400 МПа, = 150 МПа; V = 5 Гц): для в = 85% n = 25 000 циклов; для в = 60% n = 20 500-40 000 циклов; для в = 12-15% n = 19 500-30 000 циклов, хотя общий уровень малоцикловой усталости следует считать вполне удовлетворительным.
Деформация из Р-области для высоколегированных (а+Р)-титановых сплавов облегчает задачу получения крупногабаритных кованых и катаных заготовок и в то же время, например для сплава ВТ23 [7], позволяет понизить скорость роста усталостной трещины при упрочнении до 1050 МПа. Повышение температуры начала ковки фасонной поковки из сплава ВТ23 до 1050 °С (выше ¿пп на 130 °С) позволило выполнить операцию ковки на молоте с массой падающих частей 750 кг вместо 3000 кг при ковке с 900 °С (выигрыш в мощности почти в 4 раза), но при этом интенсивность деформации была примерно такой же, что и при ковке с 900 °С на более мощном молоте, что необходимо для исключения дополнительного учета скорости деформации. Отличие микроструктуры фасонной поковки, полученной ковкой с 1050 °С, состояло в том, что в сплаве ВТ23 прошла рекристаллизация во всех сечениях поковки, т. е. при всех степенях деформации от 15 до 85%. Наиболее выгодно
/тггтг ^ г: г^штгггг / icq
-1 (59), 2011/ IUV
отличались сечения поковки толщиной 20 и 40 мм (в = 85 и 75%), так как в микроструктуре наблюдали рекристаллизованные Р-зерна диаметром 100200 мкм с наличием тонкой a-оторочки и внутри-зеренным строением a-пластин в виде корзинчато-го плетения.
Уменьшение степени деформации в до 60% (сечение толщиной 60 мм) приводило к увеличению размера Р-зерна до 300-400 мкм и появлению неоднородности микроструктуры при переходе от наружных слоев к середине. По-видимому при такой мощности молота (масса падающих частей 750 кг) и температуре начала ковки 1050 °С середина поковки при толщине сечения 60 мм и более прорабатывалась менее эффективно, в результате чего здесь размер Р-зерна был большим, а внутри-зеренная структура оказалась ближе к колониальному расположению a-пластин. Уменьшение степени деформации и одновременное снижение скорости охлаждения после ковки, начиная с сечения 100 мм (в = 45%) и более, способствовали увеличению диаметра Р-зерна до 600-800 мкм и более, мало изменяя внутризеренную структуру по сравнению с деформацией, когда в = 60%: увеличились лишь длина a-пластин и размеры a-колоний. Следует также отметить, что Р-зерна в структуре сплава во всех сечениях поковки были в основном неправильной формы по сравнению со строением Р-зерен при статической рекристаллизации. Описанный выше характер микроструктуры сплава ВТ23 предопределил получение достаточно хороших механических свойств во всех сечениях поковки как сразу после деформации с охлаждением на воздухе, так и после проведения дополнительного старения: 450 °С, 8 ч (рис. 3). В данном случае зависимость прочности (св) сплава ВТ23 от степени деформации (общий уровень упрочнения мало изменился) уже отличается от ковки с 900 °С: повышение степени деформации от 12-15 до 85% вызвало фактически более монотонное возрастание св, без скачкообразного увеличения при степени деформации более 60%. Это, по-видимому, связано с тем, что более высокая температура окончания деформации способствовала «залечиванию» части дефектов структуры в процессе охлаждения поковки на воздухе. Второй отличительной чертой явилось повышение значений относительного удлинения (у) и удельной работы вязкости разрушения КСТ по сравнению с деформацией от 900 °С и особенно после старения (450 °С, 8 ч). На наш взгляд, повышение этих показателей связано в первую очередь с наличием в структуре более «толстых» (« 2 мкм) пластин a-фазы и менее дефектной Р-зеренной и внутризеренной структуры сплава
Ш1 ктппт™
1 (59), 2011
ВТ23 после деформации с температуры 1050 °С. Для степени деформации в = 12-15% (толщина сечения 160 мм) значения механических свойств сплава ВТ23 были следующими: после деформации св = 1100-1120 МПа, у = 25-28%, КСи = 0,480,53 МДж/м2, КСТ = 0,27 МДж/м2, после старения св = 1130-1170 МПа, у = 18-20%, КСи = 0,400,43 МДж/м2, КСТ = 0,20-0,25 МДж/м2; для в = 45% (толщина сечения поковки 100 мм) св = 11201140 МПа, у = 25-30%, КСи = 0,50-0,54 МДж/м2, КСТ = 0,27-0,30 МДж/м2 (после деформации) и св = 1150-1190 МПа, у = 20-22%, КСи = 0,380,42 МДж/м2, КСТ= 0,18-0,20 МДж/м2 (после старения); для в = 60% (толщина сечения 60-70 мм) св = 1145-1165 МПа, у = 26-30%, КСи = 0,450,50 МДж/м2, КСТ = 0,2-0,22 МДж/м2 (после деформации) и св = 1180-1200 МПа, у = 22-25%, КСи = 0,38-0,42 МДж/м2, КСТ = 0,17-0,20 МДж/м2 (после старения); для в = 85% (толщина сечения « 20 мм) св = 1200 МПа, у = 34%, КСи = 0,5 МДж/м2, КСТ = 0,20 МДж/м2 (после деформации) и св = 1240 МПа, у = 27%, КСи = 0,38 МДж/м2, КСТ = 0,17 МДж/м2 (после старения), т. е. эффект упрочнения в результате старения составил также 4050 МПа, как и после деформации с 900 °С.
В то же время показатели малоцикловой усталости образцов с острым надрезом оказались несколько ниже по сравнению с поковкой, деформированной с 900 °С: для в = 85% n = 17 900 циклов, для в = 45% n18 000-30 000 циклов, в = 12-15% n= 16 700-35 000 циклов. Это может быть объяснено тем, что после деформации с 900 °С в структуре сплава ВТ23 более развита субзеренная структура [8] и тоньше пластины первичной а-фазы.
Таким образом, переход на ковку в р-область с температуры на 130 °С выше tuu позволил по сравнению с деформацией от 900 °С при всех степенях деформации повысить вязкость разрушения (КСТ) сплава ВТ23, а при в > 75% дал возможность получить мелкозернистую структуру.
Еще большего эффекта в части измельчения Р-зерна и внутризеренной структуры удалось добиться при получении фасонной поковки деформацией с 1150 °С (выше tnn на 230 °С), что потребовало проведения более детального исследования этого процесса [9]. В массивной части поковки от толщины сечения больше, чем 130 мм (в = 12-25%) в структуре сплава ВТ23 наблюдали после ковки крупные Р-зерна правильной формы диаметром 600-800 мкм с четкими границами, отороченные а-фазой. Внутризеренное строение близко к структуре «корзинчатого плетения», хотя размеры блоков а-пластин нестабильны. С повышением степени деформации в > 25% начинает проявляться тен-
денция к измельчению Р-зерна: при в = 45% (толщина сечения 100 мм) размер р-зерен в = 300400 мкм при в = 60% (толщина сечения 60-70 мм) в = 250-400 мкм (зерна равноосные, но с извилистыми краями), при в = 85% в = 150-450 мкм, но уже отмечается неоднородность структуры из-за наличия отдельных Р-зерен размером до 450 мкм. Внутризеренное строение во всех сечениях характеризовалось наличием малого числа блоков пластин а-фазы различной ориентации и размеров. Вместе с этим следует отметить строгую корреляцию размеров Р-зерен и размеров блоков и самих а-пластин: чем крупнее Р-зерно, тем больше размеры блоков и длиннее пластины. В то же время и особенно при в = 60-85% в основном наблюдали наличие значительного количества не ориентированно расположенных и более коротких пластин а-фазы. Границы Р-зерен практически во всех случаях оторочены а-фазой. С повышением степени деформации в> 75% характерно формирование микрозерен с несовершенной формой и извилистыми границами.
Для тонкой структуры сплава в сечениях толщиной 20-60 мм (в = 60-85%) характерно наличие а-пластин толщиной 0,3-0,8 мкм с нечеткими границами и со значительной дефектностью (дислокации и двойники), различной длины, а также сильно травящейся Рм-фазы. С увеличением толщины сечения до 100 мм (в = 45%) наблюдается более строгая закономерность в ориентации а-пластин толщиной 0,5-2,0 мкм, хотя длина их остается весьма различной. Дефектность а-фазы сохраняется. Для сечений толщиной 130 мм и более (в<25%) пачки а-пластин с одинаковой ориентацией и близкими размерами (толщиной 0,5-2,5 мкм), границы а-пластин четкие, в пластинах присутствуют отдельные дефекты в виде дислокационных петель.
Рентгенографические исследования показали, что при всех степенях деформации и последующего охлаждения на воздухе в наружных слоях и середине поковки параметр решетки р-фазы остается примерно на одном уровне: ар = 0,3212-0,3215 нм и лишь при толщине сечения 130 мм и более наблюдается разница в значениях ар между наружными слоями и серединой: 0,3220 и 0,3213 нм. Влияние на изменение параметра решетки в данном случае оказали два фактора: во-первых, повышение степени деформации активизировали процессы распада высокотемпературной р-фазы, во-вторых, с увеличением степени деформации уменьшалась толщина сечения поковки, что обусловливало более высокую скорость охлаждения сплава, а значит, и повышение нестабильности Рм-фазы. В более массивной части поковки при более низких
степенях деформации (s<25%) в средних слоях из-за более низкой скорости охлаждения происходил более полный распад высокотемпературной ß-фазы, в то время как в наружных слоях этот процесс замедлялся.
Зависимость механических свойств горячеде-формированного сплава ВТ23 от степени деформации при ковке с 1150 °С имеет примерно тот же вид, что и после ковки с 1050 °С. Но имеются два существенных отличия (рис. 4). Во-первых, более высокие значения относительного удлинения (у) при всех степенях деформации, что может быть объяснено формированием более мелкого ß-зерна и менее совершенной (отсутствием закономерности в расположении a-пластин) внутризеренной структуры сплава ВТ23 после ковки с 1150 °С. Во-вторых, ударная вязкость (KCU) при степени деформации более 45% также выше из-за наличия более мелкозернистой структуры. В общем случае механические свойства поковки после деформации были следующими: для s = 12-14% (толщина сечения 160 мм) св = 1090-1120 МПа, у = 25-35%, KCU= 0,45-0,48 МДж/м2, КСТ= 0,25-0,28 МДж/м2; для s = 45% (толщина сечения 100 мм) св = 1120-
Рис. 4. Влияние степени деформации при ковке фасонных поковок с температуры 1150 °С на механические свойства сплава ВТ23. Обозначения те же, что на рис. 2
а ггттгп г: гштг я а тгптп /171
-1 (59), 2011 I ШЯ I
1140 МПа, у = 30-37%, КСи = 0,45-0,50 МДж/м2, КСТ= 0,21-0,25 МДж/м2; для в = 60% (толщина сечения 60-70 мм) св = 1150-1170 МПа, у = 35-40%, КСи = 0,47-0,53 МДж/м2, КСТ= 0,20-0,22 МДж/м2; для в = 85% (толщина сечения 20 мм) св = 1200 МПа, у = 43%, КСи = 0,45 МДж/м2, КСТ = 0,17 МДж/м2.
Температура старения 450°С (8 ч) способствует упрочнению горячедеформированного с температуры 1150°С сплава ВТ23 за счет выделения мелкодисперсной атр -фазы в р-матрице в сечениях толщиной 60-160 мм (в = 12-60%) примерно на 70 МПа, а в сечениях толщиной 20-40 мм (в = 7585%) - на 80-100 МПа (рис. 4). Следует отметить, что распад метастабильной Рм-фазы при старении происходил через образование а''-фазы [10], о чем свидетельствовало наличие слабых линий а''-фазы на дифрактограммах состаренных образцов. Линии Рм -фазы в этом случае сильно размыты и имеют малую интенсивность. В целом старение при 450 °С приводило к уменьшению параметра решетки Рм-фазы, причем наиболее интенсивное уменьшение ар наблюдали при больших (в>60%) степенях деформации, что, по-видимому, обусловлено активизацией распада Рм-фазы на дефектах и вызвало наибольший прирост прочности по сравнению с другими исследованными сечениями поковки (рис. 4). Из рисунка видно, что после ковки с температуры 1150 °С (охлаждение на воздухе) и последующего старения при 450 °С в течение 8 ч удалось обеспечить следующие уровни механических свойств: для в = 12-25% (толщина сечения 130-160 мм) св = 1160-1200 МПа, у = 15-20%, КСи = 0,35 МДж/м2, КСТ = 0,15-0,20 МДж/м2; при в = 45% (толщина сечения 100 мм) св = 11901230 МПа, у = 17-23%, КСи = 0,35-0,39 МДж/м2, КСТ = 0,13-0,15 МДж/м2; для в = 60% (толщина сечения 60-70 мм) св = 1220-1240 МПа, у = 2025%, КСи = 0,36-0,40 МДж/м2, КСТ = 0,130,15 МДж/м2; для в> 75% (толщина сечения 2040 мм) св > 1260 МПа, у>25%, КСи = 0,370,40 МДж/м2, КСТ = 0,10-0,12 МДж/м2. Малоцикловая усталость образцов с острым кольцевым надрезом фасонной поковки, деформированной с 1150°С и охлажденной на воздухе, после старения оказалась также более высокой и однородной: для в = 85% n = 26 000 циклов; для в = 75% n = 30 000-32 000 циклов; для в = 60% n = 26 00030 000 циклов; для в = 45% n = 24 000-30 000 циклов; для в = 12-15% n = 26 000-28 500 циклов. Комплекс механических свойств фасонных поковок, деформированных с температуры 1150 °С, оказался выше, чем после ковки с 1050 и 900 °С, что можно объяснить получением более мелкозернистой и однородной структуры с менее совершен-
172/
г^г: г: гшшгггта
1 (59), 2011
ным и дисперсным внутризеренным строением [11] за счет более интенсивного проведения процесса деформации.
Выводы
1. Разработана методика, позволяющая производить сравнительную оценку способности титанового сплава к упрочнению в результате высокотемпературной термомеханической обработки в зависимости от температуры и степени деформации при ковке на основе единого подхода и формирования фасонной поковки одного и того же размера.
2. Изучены результаты формирования структуры и механические свойства сплава ВТ23, деформированного с температуры 900, 1050 и 1150 °С со степенью деформации 12-85%. Показано, что увеличение степени деформации при всех температурах нагрева при ковке и последующем охлаждении на воздухе способствует повышению значений св, у и небольшому снижению значений КСи (для температур 900 и 1050 °С) или сохранению их на примерно одинаковом уровне (1150 °С) и сниже-
нию значений КСТ (для 1050 и 1150 °С) или сохранению их на одном уровне (900 °С) и во всех случаях повышению однородности свойств по сечению.
3. При температурах ковки 1050 и 1150 °С при вполне определенной степени деформации в результате протекания рекристаллизационных процессов происходит измельчение микрозерна сплава ВТ23, имевшего в исходной заготовке крупнозернистую неоднородную микроструктуру.
4. Наиболее высокий уровень механических свойств был получен в результате ковки с 1150 °С со степенью деформации 45-75%, что объясняется эффектом измельчения микрозерна до в = 250400 мкм сплава ВТ23 в поковке и разориентирован-ным расположением более коротких пластин первичной а-фазы в р-превращенных зернах за счет более интенсивного проведения процесса деформации.
5. На основе методики установлены возможности термомеханического упрочнения поковок из сплава ВТ23 в зависимости от их толщины.
Литература
1. Влияние режимов горячей деформации на структуру и характеристики разрушения сплава ВТ22 с пределом прочности выше 120 кгс/мм2 /Л. В. Проходцева, В. Н. Моисеев, Б. А. Дроздовский и др. // Технология легких сплавов. 1980. № 8. С. 57.
2. Ш а х а н о в а Г. В., Б у х а р и н а Н. В. К методике металлографического анализа (а+Р)-титановых сплавов // Технология легких сплавов. 1984. № 6. С. 41-42.
3. Оптимизация структуры и механических свойств крупногабаритных штамповок из сплава ВТ23 / В. С. Соколов, О. В. Панфилов, В. С. Шибанов и др. // Технология: Оборудование, материалы, процессы. 1988. № 3. С. 64-69.
4. Р о д и о н о в В. Л., И ш у н ь к и н а Т. В., Д о л г о в В. В. Взаимосвязь структуры и механических свойств полуфабрикатов из сплава ВТ23 // Технология легких сплавов. 1987. № 6. С. 31.
5. С м и р н о в О. М. Получение крупногабаритных изделий из титановых сплавов с использованием кузнечной протяжки // Технология легких сплавов. 1989. № 6. С. 41-45.
6. А н о ш к и н Н. Ф., М а к р у ш и н А. Л. Повышение качества и надежности заготовок из титановых сплавов // Технология легких сплавов. 1989. № 5. С. 5-11.
7. З в е р е в В. М. Исследование скорости роста усталостной трещины в плитах из сплава ВТ23 // Вопросы авиационной науки и техники: Технология легких сплавов. 1989. № 10. С. 14.
8. Б о к ш т е й н С. З. Термоциклическая обработка-резерв повышения служебных свойств титановых сплавов// Авиационная промышленность. 1989. № 8. С. 62-65.
9. Ф е д у л о в В. Н. Исследование структуры и свойств фасонных поковок из сплава ВТ23, полученных деформированием с температуры 1150 °С // Авиационная промышленность. 1992. № 5. С. 42-44.
10. Т о м с и н с к и й В. С. Исследование закономерностей фазовых превращений при нагреве закаленных сплавов титана // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1977. № 5. С. 123-128.
11. Е г о р о в Е. Б., Ш о р ш о р о в М. Х. Влияние термомеханической обработки на трещиностойкость титановых сплавов // МиТОМ. 1990. № 5. С. 49-50.
