Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время титановые сплавы представляют группу материалов, предназначенных для широкого применения от ответственных изделий авиационной и космической техники до бытовых предметов и ювелирных украшений. Применительно к специфике применения в разных странах мира разработано большое количество титановых сплавов. Некоторые титановые сплавы близки друг друга по составу, свойствам и применению. Выбор сплавов для того или иного назначения затрудняется отсутствием научно обоснованной системы сопоставления их состава, структуры и свойств. Вместе с тем такая система позволила бы сократить до разумного предела число рационально применяемых сплавов.
В настоящее время титановые сплавы сопоставляются по молибденовому эквиваленту и коэффициенту Р-стабилизации сплавов. Недостаток такого сопоставления состоит в том, что не учитывается действие а-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей. Высокожаропрочные титановые сплавы сопоставляют по алюминиевому эквиваленту а-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей, предложенному Розенбергом. Однако эквивалент Розенберга не распространяется на а+Р и псевдо-Р-сплавы за редким исключением.
Практическое значение единой системы сопоставления титановых сплавов по составу и свойствам может заключаться в обосновании состава сплавов, в которых дорогие и дефицитные легирующие элементы заменены дешевыми- (например, железом) с сохранением механических и технологических свойств основного сплава. В связи с вышесказанным разработку научно обоснованной системы сопоставления титановых сплавов по составу, структуре, свойствам и способности к термическому упрочнению можно считать актуальной задачей.
Цель настоящей работы состояла в разработке системы сопоставления фазового состава титановых сплавов и уровня прочностных свойств в отожженном и закаленном состоянии по их химическому составу по
э к в а-стабилизаторЬ^.ц .нейтральньвді уіЦАйь ителей алюминию и
"'і . ., і ('.ОТЕКА
/3-стабилизаторов по молибдену и обоснования целесообразности такого сопоставления для решения ряда практических задач, в частности, для обоснования возможности замены ванадия и молибдена в сплаве ВТ 16 железом с сохранением достаточно высокой пластичности.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
-
Разработаны общие схемы сопоставления химического и фазового состава, а также прочностных свойств титановых сплавов;
-
Дано сопоставление состава и механических свойств титановых сплавов, легированных железом, и без него;
-
Обоснована возможность замены ванадия и молибдена железом в сплаве ВТ16 с сохранением высоких механических свойств;
-
Исследованы структура и механические свойства сплавов системы ТІ-А1-V-Mo-Fe и даны рекомендации по оптимальному составу композиций применительно кдеталям крепления.
Научная новизна работы:
1. На основе обобщенного изотермического сечения тройных систем ТІ-А1-
Ме при температурах, соответствующих температурам их промышленного
отжига, построена структурная диаграмма отожженных титановых сплавов в
координатах «структурный эквивалент а-стабилизаторов и нейтральных
упрочнителей по алюминию - структурный эквивалент Р-стабилизаторов по
молибдену». Эта диаграмма позволяет оценить количество а и Р-фаз в
титановых сплавах после стандартного простого отжига.
В координатах "структурный эквивалент Qf-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей по алюминию - структурный эквивалент /J-стабилизаторов по> молибдену" построена структурная диаграмма титановых сплавов, которая отражает их фазовый состав в закаленном из Р-области состоянии.
-
В результате обобщения структурных диаграмм в отожженном и закалённом состояниях построена классификационная диаграмма, отражающая сложившуюся классификацию титановых сплавов по структурному принципу: а, псевдо-а, (а+р)-, сплавы переходного класса, псевдо-Р-сплавы. Граница раздела сплавов различных классов статистически обоснованы.
-
Обоснована целесообразность введения понятий о прочностных
эквивалентах ск-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей по алюминию и /ї-стабилизаторов по молибдену. Построена прочностная диаграмма титановых сплавов в координатах прочностных эквивалентов по алюминию и молибдену. Эта диаграмма позволяет оценивать типичный уровень прочности at-, псевдо-os-и (а*-р)-титановых сплавов.
-
На основе структурной и прочностной диаграммы сопоставлены химические составы и механические свойства титановых сплавов, легированных железом и без него. Титановые сплавы, легированные железом, предложено разделить на три группы по тому вкладу, которое вносит железо в (3-стабилизацию сплава: а) пренебрежимо малый (J-эффект; б) р-стабилизирующий эффект, сопоставимый с действием других р-стабилизаторов; в) решающее р-стабилизирующее действие. Показано, что при рациональном легировании введение железа не приводит к резкому ухудшению пластических свойств.
-
В соответствии со структурными и прочностными эквивалентами обоснована возможность замены в сплаве ВТ16 молибдена и ванадия железом с сохранением достаточно высоких пластических свойств. Наилучшим комплексом свойств обладают сплавы типа ВТ 16 системы Ti-Al-Mo-V-Fe с половинной заменой ванадия и молибдена на железо.
Практическая значимость работы
-
Разработанные в диссертации структурные и прочностные диаграммы являются основой сопоставления различных титановых сплавов по химическому и фазовому составу, а также по уровню механических свойств;
-
Предложен сплав типа ВТ 16 системы Ti-Al-Mo-V-Fe (Ті-2,25А1-2,5Мо-2,5V-2Fe) с уровнем механических свойств, близких к свойствам титанового сплава ВТ 16. Частичная замена молибдена и ванадия в сплаве ВТІбжелезом привела к снижению стоимости шихтовых материалов на 8-10%.
Практическое значение диссертации подтверждено соответствующими заключениями от ВИАМ и ОАО «Нормаль» (Нижний Новгород).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной конференции по титану в Китае (Шанхай, 1998 г.), 9-ой международной конференции по титану (Санкт-Петербург, 1999 г.),
Гагаринскихчтениях (МАТИ им. К.Э. Циолковского).
Работа выполнялась по проекту «Металлофизические основы принципов легирования титановых сплавов» научно-технической программы «Физика конструкционньж и функциональных материалов и процессов их получения» (Университеты России, 1994-96 гг.)
Структура и объект диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы из 132 наименований. Она изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 38 таблиц.
