CC BY
8
122 /!«
тггттг^г: глггггт/тл^ггтггт
(35), 2005 -
АТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Л
The pj-oblems of thermal strengthening of forged pieces of (a + A)-titanium alloys depending on previous conditions of defomiation and also on after-defomiation annealing of castings are studied. The e\>aluation of mechanical characteristics of alloy BT23 in forged pieces of different thickness depending on location of zone by cut is given.
В. И ФЕДУЛОВ, БИТУ
УДК 621.74
ОБ ОЦЕНКЕ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ЗАГОТОВОК ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ и СХЕМЫ ИХ КОВКИ
Рассмотрены вопросы термического упрочнения кованых заготовок и разработана методика, позволяющая производить оценку способности титанового сплава к упрочнению в результате высокотемпературной термомеханической обработки в зависимости от температуры и степени деформации (12-85%) при ковке и толщины поковки (20—160 мм). Клиновидные поковки из сплава ВТ23 получали ковкой за один раз с температуры 900, 1050 и 1150°С из заготовок плиты размером 130x200x200 мм на молотах с массой падающих частей 3000 кг (при деформации с 900°С) и 750 кг (с 1050 и 1150°С) осадкой и протяжкой. После деформации охлаждение поковок производили на воздухе: в сечении 20 мм \,лл=0.7—1,0°С/с, в сечении 160 мм улл=0,2-0,3 °С/с. Затем исследовали структуру и определяли механические свойства (а_Л, \|/, КСи, КСТ) после деформации и дополнительного старения при температуре 450°С в течение 8 ч и малоцикловую усталость.
Увеличение степени деформации (скорость деформации с^согЫ для двух первых случаев ковки) при всех температурах нагрева при ковке и последующем охлаждении на воздухе способствует повышению значений о \|/ и неболыцому снижению значений КСи (для температур 900 и 1050°С) или сохранению их на примерно одинаковом уровне (1150"С) и снижению значений КСТ (для 1050 и 1150°С) или сохранению их на одном уровне (900°С) и во всех случаях повышению однородности свойств по сечению. При температурах ковки 1050 и 1150°С при определенной степени деформации (60-75 и 45—75%) в результате протекания рекристаллизационных процессов происходит измельчение микрозерна сплава ВТ23, имевшего в исходном состоянии крупнозернистую неоднородную микроструктуру. Наиболее высокий уровень механических свойств был получен в результате ковки с 1150"С со степенями
деформации 45—75%, что объясняется эффектом измельчения микрозерна до 1>=250—400 мкм сплава ВТ23 в поковке и разориентированным расположением более коротких пластин первичной а-фазы в р-превращенных зернах за счет более интенсивного проведения процесса деформации.
Определено влияние температурного интервала ковки с началом деформации из (а+Р)- и р-области и условий охлаждения (воздух, воздух -вода, вода) после деформации на структуру и механические свойства поковок 100x200x300 мм из сплава ВТ23. Наиболее благоприятные условия для формирования высокого и однородного комплекса механических свойств по сечению поковок после термического упрочнения достигаются в результате их ковки в интервале 1150—900°С и последующего охлаждения на воздухе. Методика оценки способности к термическому упрочнению всего полуфабриката из титанового сплава состоит в сравнении механических свойств образцов, вырезанных из различных по сечению зон и прошедших затем термическую обработку в равных условиях. В связи с этим установлено, что при термическом упрочнении (760°С, 30 мин, вода + 450°С, 8 ч) в равных условиях образцы, вырезанные из поковок сплава ВТ23 по сечению, для всех случаев ковки в наружных слоях обладают более высокой способностью к упрочнению по сравнению с серединой;ствв наружных слоях выше, чем в середине на 30-50 МПа в зависимости от температурного интервала деформации. Этот эффект определяется более мелкозернистой микроструктурой сплава ВТ23 в наружных слоях по сравнению с серединой, а также тем, что в наружных слоях внутризеренное строение сплава отличается большей разориентированностью а-пластин относительно друг друга и определяется схемой выполнения ковки.
Исследовали процессы изменения структуры и свойств образцов поковок размерами
100x200x300 мм, полученных ранее ковкой с температуры 900, 950, 1050, 1150 и 1250°С, в результате проведения отжигов при температурах 860, 950 и 1050°С (время выдержки 1 ч, охлаждение с печью до 450°С, а далее на воздухе). Проведение предварительного отжига поковок после ковки снижает способность к термическому упрочнению сплава ВТ23 по сравнению с горя-чедеформированным состоянием на 20-40, 30-50 и 40—60 МПа в зависимости от температуры предшествовавшей деформации: повышение температуры начала ковки способствует большему снижению способности к термическому упрочнению. Проведение отжига при 860°С только увеличивает размеры элементов первичной а-фазы сплава ВТ23, при 950°С — ведет к небольшому увеличению размеров (3-зерен и а-оторочки и частичному изменению внутризеренного строения сплава ВТ23 (появление структуры «корзинчатого плетения»), а при 1050°С — к формированию структуры с (3-превращенными зернами правильной полиэдрической формы и наличием ярко выраженной а-оторочки и колониальному, вполне закономерному расположению длинных а-пластин в пределах р-зерен. Появление закономерностей в строении пластинчатой структуры сплава ВТ23 в результате проведения отжига по сравнению с горячедеформированным состоянием и дальнейшая эволюция этих закономерностей ведут к снижению значений \|/. КСи и КСТ при упрочнении на уровень выше 1080 МПа. Проведение отжигов поковок не способствовало заметному выравниванию значений механических свойств сплава ВТ23 по сечению при последующем равноценном термическом упрочнении; образцы, вырезанные из наружных слоев, по-прежнему имели более высокие значениав. В результате проведения исследований получена
гтштт / ioq
- 3 (35). 2005 / ILÜ
широкая гамма структур пластинчатого вида. Для всех случаев структуры определен полный комплекс механических свойств, что позволило рекомендовать их для изделий из сплава ВТ23, работающих в тех или иных условиях эксплуатации и нагружения и отличающихся уровнем требующейся прочности.
Таким образом, проведены систематизированные исследования по оценке способности кованых полуфабрикатов из (а+Р)-титанового сплава ВТ23 к однородному упрочнению по сечению при последующей термической обработке в зависимости от условий деформации из (а+р)- и р-области: температурный интервал ковки, степень деформации и интенсивность охлаждения после ковки, и режимов последе-формационных (а+р)- и р-отжигов. Показано, что сплав в середине сечения поковок имеет менее выраженную по сравнению с наружными слоями способность к упрочнению при равных условиях термической обработки, связанную с особенностями строения структуры и сохраняющими наследственность после проведения отжига в течение 1 ч в (а+Р)- или р-области. Установлена целесообразность окончательной деформации крупногабаритных и других кованых полуфабрикатов из р-области: 1150-900 °С, c¿40%. охлаждение на воздухе, способствующей повышению однородности структуры по сечению, измельчению р-превращенного зерна, образованию внутризеренной морфологии с разориенти-рованным (незакономерным) расположением а-пластин толщиной 0,5—2,5 мкм, не требующей проведения последеформационного отжига и обеспечивающей при последующем термическом упрочнении выигрыш в пластичности, трещино-стойкости и малоцикловой усталости по сравнению с ковкой с более низких температур.
