Превращения в закаленных сплавах при старении

При старении происходят фазовые превращения диффузионного характера, связанные с превращением закалочных фаз (), _н и . Конечный продукт превращения - стабильная ()-структура . Возможно также образование интерметаллидных соединений.

Превращение в ()-фазе. Распад мартенситной фазы ин­тенсивно протекает при температуре выше 350...400°С и проходит в несколько стадий. Сначала образуется и выделяется обедненная равновесная -фаза. Остающаяся ()-фаза обогащается легирующими элементами, становится термодинамически неустойчи­вой и превращается в мелкодисперсную -фазу. Схематически этот процесс может быть изображен так:

()   + ()_обогащ    _{неравновесн}    _{мелкодисперсн(м.д).}

Превращения в метастабильных _н- и -фазах. Превращение в нестабильной _н-фазе может начинаться уже при 100...200С, но более интенсивно протекает при температурах выше 250...300°С. В сплавах, в которых -фаза образуется при за­калке, ее количество может увеличиваться при старении. В этом случае схема процессов старения выглядит так:

_н      _{мелкодиснерсн (м.д).}

При температурах старения свыше 450...550 °С -фазы при старении не образуется, а при несколько больших температурах -фаза превращается в -фазу:

_н    _{мелкодисперсн (м.д)};

_н +     _{мелкодисперсн (м.д)}.

Таким образом, сплавы с концентрацией легирующих элементов от С₁ до С_кр претерпевают превращение при старении по схеме

() + _н    _м.д +   _м.д.

Во всех случаях выделение второй фазы в мелкодисперсном виде способствует дополнительному довольно эффективному упрочнению при старении.

До сих пор все превращения в сплавах титана при закалке рассматривались при условии нагрева их до -области (выше ли­нии 882°С - С_). Однако экспериментально установлено, что при этом возможно образование в сплавах крупноигольчатой структуры, что приводит к охрупчиванию сплавов. Для предотвращения этого явления режимы нагрева под закалку выбираются так, как показано на рис. 9.2.

При нагреве титановых сплавов выше 600°С в обычной атмос­фере их поверхностный слой подвержен газонасыщению и охрупчива­нию. Поэтому нагрев и закалку лучше всего проводить в вакууме. Если же это затруднено, то желательно защищать поверхности от газонасыщения. Если же газонасыщение все-таки происходит, то газонасыщенный слой на деталях удаляют травлением в плавиковой кислоте. Для этого надо предусматривать специальные припуски на травление.

Задание и методические рекомендации

1. Изучить влияние легирования на структуру, свойства и возможность упрочнения титановых сплавов путем термообработки. Заполнить вводную часть журнала-отчета по предлагаемой форме.

2. Разобраться в фазовых превращениях, протекающих в тер­мически упрочняемых титановых сплавах. Изобразить обобщенную диаграмму состояния «титан-стабилизирующий легирующий элемент» и пока­зать на ней структуру сплавов в равновесии, после закалки и старения.

3. Провести измерение твердости трех термически неупрочня­емых титановых сплавов, отличающихся степенями легирования, и одного термически упрочняемого сложнолегированного сплава в отожженном состоянии. Результаты измерений занести в таблицу по предложенной форме. Сделать выводы о возможностях упрочне­ния сплавов путем легирования.

4. Провести закалку термически упрочняемого двухфазного титанового сплава. После закалки выполнить зачистку образцов и замер твердости. Образцы с примерно одинаковой твердостью рассортировать на две группы.

Образцы первой группы по одному поместить в печи с разной температурой (400, 450, 500, 600С) и провести старение в тече­ние 40 мин.

Все образцы второй группы поместить в печь с температурой 500 или 550°С для старения в течение различного времена (5, 10, 20, 40 минут). После старения образцы зачистить и определить их твердость. Результаты занести в таблицу по предлагаемой форме.

Построить графики зависимости твердости от температуры старения и твердости от времени старения при постоянной температуре. Сделать необходимые выводы.

5. Изучить и зарисовать в таблице по предлагаемой форме структуры титановых сплавов по указанию преподавателя (ВТ1-0 и ВТ4-1  в отожженном состоянии; ВТ3-1  в отожженном состоянии, после закалки , а также после закалки и старения; ВТ22  после закалки, после закалки и старения; ВТ15  после закалки, после закалки и старения). На рисунках микроструктур указать основные фазы и фазовые составляющие.