Введение к работе
Актуальность темы.
Низколегированные двухфазные (а+Р)-сплавы являются наиболее широко используемыми в технике, медицине, различных отраслях промышленности материалами на основе титана, благодаря возможности получения различного уровня свойств, в том числе и высокой удельной прочности, в результате формирования необходимого структурного и фазового состояний методами термической и термомеханической обработок. Для расширения сферы их применения необходимо повысить уровень прочностных свойств до ов > 1200-1300 МПа, обеспечивающего этим сплавам преимущество по сравнению с большинством сплавов на основе железа, никеля, алюминия. В низколегированных (а+Р) - сплавах мартенситного класса, типичными представителями которого являются сплавы ВТ6 и ВТбч, а также их зарубежные аналоги Ti-6A1-4V и ТІ-6-4Е1І и относительно новый сплав медицинского применения Ti-6Al-7Nb, для получения прочности свыше 1200 МПа вместо традиционной упрочняющей термической обработки целесообразно использовать различные методы термомеханической обработки, которая позволяет значительно трансформировать морфологию структурных составляющих, измельчить зерно и, тем самым, повысить комплекс свойств. Однако в этом направлении проведено недостаточно исследований, особенно, в области изучения формирования субмикрокристаллической структуры (СМК) и свойств, и практически нет данных об оптимизации структуры перед деформацией в ходе предварительной обработки.
Решение этих вопросов позволит расширить области применения низколегированных (а+Р) - сплавов титана в высокопрочном состоянии, что является актуальной металловедческой задачей.
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научной деятельности кафедры «Термообработка и физика металлов» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» в рамках госбюджетных научно-исследовательских работ: № 2142 «Физикохимия синтеза и обработки перспективных материалов на основе переходных металлов.» ГР № 01200205925 (2002 - 2006 гг) - единый
заказ - наряд Минобрнауки РФ; №2210 «Разработка и исследование объемных высокопрочных материалов на основе сплавов и интерметаллидов титана и технологий их получения для новых конструкционных и функциональных применений» (2006г), ГР № 01200606028 - проект в аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», а так же по разделу Научно-образовательного центра «Перспективные материалы» - «Изучение и синтез новых материалов на металлической основе» (2002-2006гг) - грант CRDF, REC № 005; ЕК-005.
Целью работы явилось изучение закономерностей формирования структуры и фазового состава при упрочняющей термической обработки (УТО) и термомеханической обработки (ТМО) низколегированных а+Р титановых сплавов Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4VEIi и разработка научно обоснованных режимов комбинированных термической и термомеханической обработок для получения высокого уровня свойств.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Изучить формирование структуры и фазового состава сплава Ti-6Al-7Nb при варьировании температурно-скоростных параметров термообработки.
-
Определить влияние исходного состояния полуфабрикатов из сплава Ti-6Al-4VEli, на формирующийся комплекс свойств.
3.. Исследовать влияние комбинированного деформационного и
термического воздействия на комплекс свойств в сплаве Ti-6Al-4VEli. 4. Разработать режимы получения высокопрочного состояния методами упрочняющей термической и термомеханической обработок в исследуемых сплавах. Научная новизна.
Установлены основные закономерности фазовых и структурных превращений, протекающих при термической обработке сплава Ti-6Al-7Nb. Построены диаграммы изменения фазового состава и объемных долей фаз в
закаленном сплаве в зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения.
Показано, что в двухфазной области вблизи температуры полиморфного превращения скорость роста рекристаллизованного р-зерна превышает скорость растворения а-фазы, что делает невозможным получение рекристаллизованного Р-зерна, не ограниченного частицами а-фазы, в горячекатаных полуфабрикатах.
Показана возможность получения развитой фрагментированной структуры за счет последовательной реализации различных механизмов деформации (двойникование - базисное скольжение - скольжение по плоскостям призмы) путем варьирования условий деформации, которая обеспечивает формирование повышенного комплекса механических свойств. Практическая зпачимость.
Предложены и научно обоснованы режимы УТО горячекатаного полуфабриката из сплава Ti-6Al-7Nb, состоящие из закалки с 750 С и последующего старения при 450 - 500 "С, которые позволяют реализовать в полуфабрикатах повышенный уровень прочностных свойств.
Обоснован режим предварительной термической обработки (ТО) сплава Ti-6Al-4VEli, включающий обязательную закалку от температур Тпп-10 С с целью получения тонкопластинчатого мартенсита перед последующей деформацией.
Разработан режим термомеханической обработки для получения высокопрочного состояния в сплаве типа ВТ6, содержащий комбинацию горячей, холодной, теплой деформации и отжига в различной последовательности, обеспечивающий получение следующего уровня свойств (сто,2^П50 МПа, ов>1280 МПа, 5>13 %, i|/>32%) в промышленных полуфабрикатах. На защиту выносятся следующие основные положения и результаты.
1. Формирование структуры и фазового состава сплава Ti-6Al-7Nb при варьировании температурно-скоростных параметров термообработки (ТО).
2. Влияние исходного состояния полуфабрикатов перед упрочняющей
обработкой и комбинированного деформационно - термического
воздействия, на формирующийся комплекс свойств сплава Ti-6Al-4VEli.
3. Оригинальные режимы термической и термомеханической
обработки исследованных сплавов, обеспечивающие высокий уровень
прочностных свойств.
