CC BY
75
ЛИТЕРАТУРА
1. Хорев А.И. Комплексное легирование и термомеханическая обработка титановых сплавов,- М.: Машиностроение, 1979, 228 с.
2. Хорев А.И. Современные методы повышения конструкционной прочности титановых сплавов.- М.: Воениздат, 1979, 256 с.
3. Хорев А.И. Опыт применения титановых сплавов в народном хозяйстве.- М.: ЦНИИТЭМС, 1977, 37 с.
4. Белов С.П., Хорев А.И., Хорев М.А. и др. Металловедение титана и его сплавов. -М.: Металлургия, 1992, 352 с.
5. Хорев А.И. Титановые сплавы для авиакосмической техники и перспективы их развития //В сб.: Авиационные материалы и технологии, 2002, с. 11-32.
6. Хорев А.И. Титан - это авиация больших скоростей и космонавтика //Технология легких сплавов, 2002, №4, с. 92-97.
7. Хорев А.И. Механические свойства сварных соединений (а+Р)- и Р-титановых сплавов //Цветные металлы, 2006, №1, с. 77-83.
8. Хорев А.И. Титановый сплав ВТ23 и его сравнение с лучшими зарубежными сплавами //Титан, 2006, №1(18), с. 47-52.
9. Хорев А.И. Перспективные направления создания композиционных материалов на основе титана //Труды Международной конференции «Ti-2006», Ассоциация «Титан», 2006, с. 328-335.
10. Хорев М.А. Структурно-фазовое состояние и надежность сварных соединений титановых сплавов.- М.: ВИАМ, 1991, 107 с.
11. Хорев А.И. Разработка титановых сплавов методом комплексного легирования //ФХММ, 2006, т. 42, №5, с. 45-50.
12. Хорев А.И. Создание теории комплексного легирования и разработка титанового сплава ВТ23 универсального применения //Вестник машиностроения, 2006, № 9, с. 40-46.
13. Хорев А.И. Теория и практика разработки конструкционных слоистых материалов из титановых сплавов //Труды Международной конференции «Ti-2006», Ассоциация «Титан», 2006, с. 336-341.
14. Хорев А.И. Влияние комплексного легирования на механические свойства сварных соединений и основного металла (а+Р)- и Р-титановых сплавов //Технология машиностроения, 2007, №2, с. 29-34.
C.B. Скворцова*
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕКСТУРЫ В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ РАЗНЫХ КЛАССОВ
Полуфабрикаты из титановых сплавов, особенно листовые, характеризуются анизотропией физико-механических свойств, которые в значительной степени определяются кристаллографической текстурой а-фазы.
Текстура полуфабрикатов или изделий может формироваться в процессе холодной, теплой или горячей деформации, в ходе протекания процессов рекристаллизации или фазовых превращений и оказывать существенное влияние на технологические и эксплуатационные свойства.
* РГУ МАТИ им. К.Э. Циолковского.
Поэтому в работе были изучены вопросы текстурообразования в листовых полуфабрикатах титановых сплавов разных классов при пластической деформации и последующей термической обработке, а также оценено влияние текстуры на анизотропию механических свойств.
Для а- и псевдо-а-титановых сплавов характерна однотипная текстура, характеризующаяся расположением плоскости базиса (0001) в плоскости прокатки листа. Незначительное отличие в распределении полюсной плотности в направлении прокатки и поперечном направлении обусловливает слабую анизотропию механических свойств. При этом прочность в направлении прокатки выше, чем в поперечном направлении.
Для листовых полуфабрикатов двухфазных (а+Р)-титановых сплавов, полученных по промышленной технологии, также характерна однотипная текстура, но она принципиально отличается от текстуры а-сплавов. В плоскости прокатки преимущественно располагаются плоскости призмы {1120 }, в направлении прокатки - направления <1010 > и в поперечном направлении - базисное направление [0001]. Такая текстура вызывает большое различие в механических свойствах в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем в отличие от свойств а-сплавов предел прочности (а+Р)-сплавов в направлении прокатки ниже, чем в поперечном направлении.
Для листовых полуфабрикатов псевдо-Р-титановых сплавов формирование текстуры Р-фазы зависит от температуры деформации. Деформация в Р-области приводит к образованию текстуры динамической рекристаллизации, характеризующейся преимущественным расположением плоскостей {110} в направлении <001>, а прокатка при комнатной температуре - к образованию текстуры деформации Р-фазы, когда плоскости {001}, {111} располагаются в направлении <110>.
Последующий нагрев до Р-области не приводит к принципиальному изменению текстуры листа, полученного горячей прокаткой в Р-области. В то же время нагрев до Р-области холоднодеформированного листа приводит к формированию текстуры статической рекристаллизации Р-фазы, характеризующейся расположением плоскостей типа {111} в направлении <110>.
Различие в кристаллографической текстуре Р-фазы обусловливает и различие в кристаллографической текстуре а-фазы, образующейся при старении. При старении холоднодеформированного полуфабриката, в плоскости прокатки повышенную полюсную плотность имеют плоскости призмы {1120 }, в то время как старение после рекристалли-зационного отжига приводит к формированию практически бестекстурной а-фазы. Поэтому в первом случае наблюдается сильная анизотропия свойств в двух направлениях, а во втором - получается практически изотропный материал. Таким образом, текстура Р-фазы, сформировавшаяся на технологической стадии, оказывает существенное влияние на анизотропию механических свойств после упрочняющей термической обработки.
Изделия новой авиационной техники требуют применения элементов листовых конструкций из высокопрочных сплавов. Для листовых конструкций с этой точки зрения особый интерес представляют промышленные (а+Р)-титановые сплавы типа ВТ23. Эти конструкционные сплавы являются в определенной мере универсальным материалом, поскольку для них существует широкая возможность с помощью термической обработки изменять структуру, а соответственно и свойства. В то же время для данного класса сплавов характерна более сильная анизотропия свойств по сравнению с а- и псевдо-а-сплавами. К настоящему времени вопросы текстурообразования наиболее полно изучены только для широко известного в мире сплава Ti-6Al-4V (ВТ6), а для высоколегированных (а+Р)-сплавов аналогичных исследований проведено недостаточно.
Для изучения процесса формирования текстуры в зависимости от температуры деформации и последующего отжига был выбран титановый сплав ВТ 16, так как благодаря пониженному содержанию алюминия этот сплав имеет высокую технологическую пластичность как при повышенных, так и при комнатной температурах.
Горячая прокатка сплава ВТ 16 приводит к формированию текстуры динамической рекристаллизации Р-фазы. При последующем охлаждении до комнатной температуры в результате протекания (Р^а)-превращения формируется текстура превращенной а-фазы, которая вследствие сдвигового механизма ее зарождения связана с исходной Р-фазой ориентационными соотношениями Бюргерса.
Теплая и холодная прокатка приводят к образованию текстуры деформации как для Р-, так и для а-фазы, когда в плоскости прокатки расположены базисные плоскости.
Последующий отжиг приводит к постепенной переориентации кристаллов а-фазы в результате протекания (Р^а)-превращения - от базисной (0001) до призматической {1120 }.
Формирование такого типа текстуры в (а+Р)-титановых сплавах обусловлено тем, что зарождение а-фазы идет по сдвиговому механизму, и, следовательно, имеет место деформация формы, т. е. в направлении прокатки будут образовываться не все возможные ориентировки а-фазы, а только та, которая обеспечивает растяжение решетки при (Р^а)-превращении; в нормальном направлении - та ориентировка, которая обеспечивает сжатие решетки, а в поперечном направлении - та ориентировка, которая обеспечивает незначительную деформацию решетки. Таким образом, для (а+Р)-титановых сплавов в самой природе (Р^а)-превращения, происходящего в процессе деформации, последующего охлаждения и отжига, заложено формирование кристаллографической текстуры а-фазы, а следовательно и анизотропии свойств.
Одним из способов получения более изотропного материала является применение теплой продольно-поперечной прокатки с последующим низкотемпературным отжигом, применяемым в настоящее время на Верхнесалдинском производственном объединении для производства листов из сплава ВТ6. Такая технология обеспечивает практически идентичную картину в распределении полюсной плотности в направлении прокатки и поперечном направлении, а следовательно, и равную прочность. В то время как для листа, полученного по стандартной технологии, разница в свойствах в двух направлениях составляет 150-200 МПа.
Другим способом получения изотропного материала является водородная технология. В РГУ МАТИ разработана технология получения листовых полуфабрикатов из сплава ВТ6, основанная на эффекте водородного пластифицирования. Являясь сильным Р-стабилизатором, водород не только понижает температуру полиморфного превращения, что позволило снизить до 700°С температуру прокатки, но и способствует перераспределению легирующих элементов между а- и Р-фазами. Прокатка в наводоро-женном состоянии и последующий низкотемпературный вакуумный отжиг позволили создать в листе субмикрокристаллическую композитную структуру, состоящую из первичных частиц а-фазы, обогащенной алюминием до состава а2-фазы, небольшого количества Р-фазы и вторичной а-фазы, образующейся из Р в процессе дегазации и поэтому обедненной алюминием.
Несмотря на то что процесс прокатки проходил в верхнем температурном интервале (а+Р)-области, в Р-фазе формируется текстура динамической рекристаллизации, а выделяющаяся в процессе вакуумного отжига а-фаза имеет практически одинаковое распределение полюсной плотности во всех трех направлениях, т. е. формируется практически бестекстурная а-фаза, что позволяет в 5-10 раз уменьшить анизотропию свойств.
