автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств титан-ниобиевых сплавов с водородом и комплексованных (a+b)- и псевдо-альфа-сплавов с иттрием при термической обработке

/

№

На правах рукописи

I

ИЛЛАРИОНОВ Анатолий Геннадьевич

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ТИТАН-НИОЙИЁВЫХ СПЛАВОВ С ВОДОРОДОМ И КОМПЛЕКСНОЛЕГИРОВАНННХ (а+р)- Й ПСЕВДО-а-СПЛАВОВ С ИТТРИЕМ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Специальность 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1996

Работа выполнена на кафедре термообработки и физики металлов Уральского государственного технического университета - УПИ

Научный руководитель. - доктор технических наук, профессор

• ПОПОВ A.A.

Официальные оппоненты доктор технических наук.

Ведущее предприятие - АО "Уралхиммаш"

Защита диссертации состоится нарта 1996 г. на заседании диссертационного совета К 063.14.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Уральском государственном техническом университете - УПИ в 15 ч. ауд.МТ-421, по адресу: 620002. г.Екатеринбург, ул.Мира 19, УГТУ-УШ, 3-й уч. корпус.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Автореферат разослан " " февраля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор ШИШМАКОВ А. С.; кандидат технических наук, доцент МИХАЙЛОВ С,Б.

К 063.14.02. Доцент, к.Т.Н.

Логинов D.H.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время из-за увеличения стоимости природных ресурсов все большее значение приобретает разработка технологий, позволяющих удешевить производство материалов, используемых в различных отраслях. Одной из таких технологий является термоводородная обработка титановых сплавов. Достоинством ее является то, что введение водорода на промежуточных стадиях технологического процесса позволяет повысить деформируемость сплавов за счет эффекта водородного пластифицирования, а на заключительных стадиях водород из металла легко удалить. В свете этого, водород может найти применение в .сверхпроводящих Т1-ИЬ-сплавах в качестве р-стабилизатора вместо дорогостоящего ниобия. Такая замена позволит стабилизировать р-фазу при более низком содержании ниобия и обеспечить высокую-пластичность дан-, ных сплавов в холодном состоянии. Это необходимо в процессе изготовления полуфабриката/ включающем операции закалки, холодной деформации и старения. Однако сведения по вопросам влияния водорода на формирование структуры и свойств Т1-!№-сплавов после вышеперечисленных операций практически отсутствуют.

С другой стороны,снижения общей стоимости изделий из сплавов титана можно добиться повышением комплекса свойств за счет введения малых добавок легирующих элементов, способных играть роль модификаторов. 'Для титановых сплавов это особенно важно из-за трудности измельчения крупнозернистой структуры, получаемой при нагреве в {5-область. Анализ результатов предыдущих исследований показал, что наиболее перспективными являются микродобавки иттрия. Однако механизм влияния иттрия на структуру, размер зерна и свойства титановых сплавов недостаточно изучен. Также практически нет оценки влияния комплексного микролегирования иттрием и другими переходными металлами на формирование фазового состава и внутризеренной структуры сплавов. В связи с этим постановка работ, направленных на выявление закономерностей формирования структуры и свойств в сплавах системы Т1-№ с водородом, псев-до-а- и (а+р)-сплавах с-иттрием.-' представляется актуальной.

Целью работы явилось комплексное исследование процессов структурообразования в сплавах системы Т1-Ш>, Т1-КЬ-Н и в а+(К псевдо-а-сплавах, титана с иттрием и' другими переходными элементами - цирконием, гафнием,/хромом и ванадием.

- 4.В работе были поставлены следующие задачи: - исследовать закономерности протекания фазовых превращений формирования структуры и свойств в сплавах систем Т1-Н& и П-ЛЬ-Н в процессе закалки;

- провести сравнительный анализ влияния холодной деформации и старения на структуру и свойства промышленного сплава НТ50 и сплава со стабилизированной водородом р--фазой:

- изучить влияние микролегароеання иттрием в сравнении с действием добавок других переходных металлов на структуру и свойства а+р- и псевдо-а-сплавов после разных видов обработки.

Научная новизна

Установлено аномальное изменение количественного соотношения фаз в сплавах системы Т1-НЬ при закалке. Показано, что'оно определяется положением температур Ма и Тш и напряжениями, возникающими при фазовых превращениях в решетке (¡-фазы. Экспериментально обнаружено образование массивных выделений ш-фазы размером свыше 100 нм в сплаве с 23,0 вес.% ниобия.

Построена диаграмма фазового состава сплавов системы Т1-НЬ-£ закаленных с температур р-области. Показано, что введение водорода сдвигает концентрационные границы существования метаста-бильных фаз в сторону уменьшения концентрации ниобия, выклинивает область образования ш-фазы.

Впервые установлены кристаллогеометрические характеристики, механизм формирования и температурные интервалы существовали переходного гидрида (Т1.Шз)Нх, где 0,86<х<2. '

На примере псездо-а- и (а+р)-сплавов показано.-. что введение иттрия способствует замедлении роста зерна при нагреве в р-об-ласть за счет, внутренней адсорбции иттрия по граница зерен.

Установлено, что.введение операции предварительного старен® ' перед отжигом : закаленных микролегированных сплавов типа ВТ185 обеспечивает повышение Стабильности иартенситбподобной структур! устойчивости межзеренных границ, уровня прочностных свойств...

Практическая ценность работы. Проведенные исследования рас, ширяют .'-существующие представления . о закономерностях фазовьо превращений в сплавах систем И-ЯЬ, Т1-НЬ-Н. что позволяет разработать экономнолегированный ниобием сверхпроводящий сплав с водородом- и технологию его обработки. Результаты исследованш показали реальность и перспективность использования водородной - пластифицирования в технологии обработки сверхпроводящих сплавоЕ

Внедрение рекомендаций по использованию комплексных микродобавок: иттрий-хром, гафний-хром в. сплаве ВТ18У позволяет снизить потери металла (экономия на ВСМПО составит до 10%. что подтверждено. актом внедрения).

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на Первой международной конференции "Водородная обработка металлов" -В0М-95 (г.Донецк;1995); на 1-й Международной-научно-технической конференции по титану стран СНГ (г.Москва. 1994); на 6-м Республиканском совещании по старению сплавов (г.Екатеринбург. 1992): на первом и Бтором Российских научно-технических семинарах "Водород в металлических материалах" (г.Москва. 1993. 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Объем работы. Диссертация изложена на 200 страницах машинописного текста, включающих 60 рисунков и 12 таблиц, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 123 наименований и приложения. " '• ' СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

Во введении обоснована актуальность темы работы и кратко сформулированы задачи исследования. -.

Глава 1.ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) ' В обзоре представлены данные о Фазовых превращениях, протекающих в сплавах системы. Tl-fíb при закалке, холодной деформации и старении: влиянии водорода на эти-процессы на примере широкого спектра титановых сплавов. Рассмотрены результаты по влиянию малых добавок переходных'металлов^, особенно иттрия, на формирование структуры и свойств a+¡$- и псевдо-а-сплавов. На основании проведенного анализа поставлены задачи исследования.

Глава 2. /МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Образцы сплавов системы T1-N& получали сплавлением'иодидного титана (99,98%) и электролитического ниобия (99,9%) в электродуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере очищенного гелия на медном водоохл&кдаемсм поду пятикратным переплавом. Были исследованы двойные сплавы титана, содержащие 10, 17; 23.• 30, , 35,- 38, 45, 50 мае.ЯНЬ (последний является промышленным сплавом НТ50): Впоследствии часть этих сплавов была :>аво-

- 6 - /

дорожена в установке Сивертса в пределах от. 0,1 до 0,65 мас. % Н. Материалом для изучения влияния добавок иттрия и других переходных металлов на.структуру и фазовый состав сплавов титана были а+р-сглав состава (в- мае. 55) - Т1-4.8%А1-1,2ЖАо-2. б%У-о. б%Сг-0.25%Ге с микродобавками 0.06% У (сплав 1) и 0.07% 1т (сплав 2) и псевдо-а-сплав ВТ18У состава Т1-6,5Ш-0,7%Мо-1,0Ш)-4,0%гг -3,0%Бп-0,2%Б1 без добавок и с добавками: 2.825У вместо 0,7%Мо -сплав 18-1; О.Шг и 0.15Ш ~ сплав 18-2; 0.6%Сг и 0.03%У -сплав 18-3. Полуфабрикаты представляли собой горячекатаный 2 мм лист после вакуумного отжига 750° С. 1ч. Часть листов была- сварена аргоно-дуговой сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом.

Исследование прободали комплексно с использованием методов металлографического анализа №орЬо1;-2, Ер1чат). рентгенографии (ДРОН-ЗМ). просвечивающей электронной микроскопии (1Е0Ь-200СХ), термического анализа (Оц Рот-990) с приставками для дифференциального термического анализа (ДТА-1600) и сканирующей калориметрии (ДСК-9Ю). микродюрометрии и др. Это дало возможность получить достоверные, взаимодополняющие экспериментальные данные.

' Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ Т1-ЫВ И Т1-ИВ-Н ПОСЛЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ОБРАБОТКИ * Фазовый состав - и структура Т1-ЯЬ-сплавов после закалки. В данном разделе проводилось детальное изучение фазового состава и морфологии структурны:-: составляющих сплавов системы Т1-НЬ с концентрацией ниобия от 10.до 50 мас.% иъ после закалки в воду..

Выявлен новый тип морфологии выделений ш-фазы в виде массивных пластин размером более 100. нм." Образование такой структуры наблюдалось в сплаве Т1-23%№, имеющем "критическое" содержание ниобия, при котором температуры начала р-ш-(Тш) и р-а"-превращений (М3) практически совпадают. •

Построена.зависимость изменения объемной доли метастабильных 'фаз. фиксируемых при закалке' (рис. 1). Расчет удельных объемов образующихся фаз и анализ структуры показал, что количественное соотношение ш и а"-фаз, морфология их выделения определяется относительным положением температур Тш и Ма и объемными напряжение • ями. возникающими при Фазовых превращениях в решетке В-Фазы.

*- Работа проводилась в рамках совместных исследований с кафедрой Металловедения и технологии термической обработки МГАТУ (зав. кафедрой Ильин А.А)

Присутствие охрупчивающей ш-фазы в сплавах, содержащих ди 50% Kb, ограничивает возможность их холодной'пластической деформации. Для подавления ее-...образования и получения однофазного р-состояния при меньших концентрациях ниобия было предложено ввести в эти сплавы водород. . •

Исследование превращений ' в системе титан-ниобий-водород в неравновесном состоянии. Изучение структуры и фазового состава закаленных сплавов с водородом методами.РСФА и электронной микроскопии позволило построить метастабильную диаграмму. Tl-Nb-H (рис.2). Установлено, что введение водородз способствует смещению концентрационных интервалов существования метастабильных Фаз в область меньших концентраций ниобия и выклиниванию областей с , ш-фазой. Обнаружено образование в системе неизвестной ''Х"-фазы.

С целью определения природы Х-фазы было проведено комплексное исследование сплавов Т1-(30-35) SENb- (0-0,4} SSH методами ДСК и высокотемпературной рентгенографии 'при нагреве и охлаждении. Сравнительный,, анализ кривых ДСК сплавов с водородом и без показал, что превращению Х-фазы соответствует низкотемпера1трный обратимый эффект в температурном интервале 30...100еС. Рентгенографическое исследование позволило провести расчет кристаллогео-метрии решетки Х-фазы. Установлено,. что X -это фаза, обогащенная водородом, имеющая ОЦТ-решётку.. Параметр "а" Х-фазы практически совпадает с.параметром р-фазы.,а тетрагональность (с/а) уменьшается с 1,14 до. 1.1 с'увеличением содержания ниобия от 17 до 35%.-Показано, что, выделения Х-фазы формируются . в виде пакета пластин, образование которых идет по механизму прерывистого распада. В прилегающих к Х-фазе зонах наблюдаются области двойнико-ванного а"-мартенсйта или w-фазы. Установлено,. что . образование Х-фазы в большей степени -инициируется выделением w-фазы, чем мартенсита. Это связано ,с меньшей растворимостью водорода в и.

Исходя из данных высокотемпературной рентгенографии и структурных исследований предложена схема • распада |5~фазы этих сплавов: .. ,-> аи.(ш)

~>Ровог : •

Л->Х : ; , где. £осг-остаточная Д-фаза, пересыщенная по Водороду в результате ... протекания 0-чхи(ш)-превращения;

l0or-обогащенная по водороду р-фаза из-за расслоения рост; 6ед-обедненная по водороду р--фаза из-за расслоения Рост,Робог-Установлено, что образование Х-фазы может происходить при ¿леживании закаленньгх сплавов с водородом. Так, введение водо->да позволяет непосредственно после закалки получить один -твердый раствор в сплаве Tl-35%IIb-0.3%Н. После вылеживания при эмнатной температуре сплав приобретает р+а"+х-структуру.

Анализ этих данных позволил заключить, что. Хтфаза является греходчым гидридсщ между ПН2 с Гцк-реиеткой и NbH с рёшеткой, тизкой к'оцк. С увеличением содержания ниобия переход ГЦК-ОЦТ-JK проявляется через уменьшение тетрагонэльности решетки гидри-i с 1,4 при описании ГЦК с помощью ОЦТ-решетки до 1 для ОЦК. ,

Эволюция структуры сплавов Tl-50%Nb и Tl-35%Nb-Q.ЗН при хо- " здной деформации и старении. В этом разделе проводили сравнение вменения структуры в промышленном сплаве НТ50 {Т1-50 мае.%Nb) и главе Т1-35Шз-0.3%Н после холодной деформации прокаткой с об-1ттми от 10 до.99%. ' а также изучали.фазовые превращения; при гарении глубокодеформированного сплава с водородом. ■ ■

Показано, что холодная деформация сплава НТ50 осуществляется «элыкением и интенсивное увеличение плотности дислокаций набла-1ется при деформациях до 20%. Увеличение степени деформации до 1% не приводит к значительному повышению количества-дислокаций Р-матрице, которые равномерно распределены по телу зерна и не эразуют ячеек. Установлено, что сплав имеет однофазное р-состо-ffle после деформации с обжатиями до 50%." Деформация свыше 75% зпровождается появлением тяжей на. электронограммах, положение этерых' близко к рефлексам.ш-фазы. " Такая нестабильность р-твер-зго раствора связана с деформационным разогревом и увеличением эличества дефектов, кристаллической структуры в ходе деформации.

Процесс холодной деформации сплава Т1-35ЖЬ-0. з%Н изучали с зумя разными исходными состояниями - с p-структурой (непосредс-зенно после закалки) и с р+а"+Х-структурой (после вылеживания), зформация в однофазном р-состоянии протекает аналогично дефор- . щии сплаза-'НТ50.'- В р-состоянии сплав так же пластичен, как Г50, и может подвергаться глубокой пластической деформации с »99%. в процессе которой . формируется структура, определяющая ¿сокие значения критической 'плотности , тока Je в' промышленных зерхпроводникйх. В процессе вылеживания после деформации с .об-' 1тиями до 3055 p-твердый раствор испытывает.распад с.образовани-

- Ю -

ем Х-фазы, которая наследует дислокационную структуру р-фазы. Деформация свыше 99% способствует стабилизации р-твердого раствора. Сплав с многофазной структурой в процессе деформации приобретает больший наклеп, наблюдается образование полос скольжения, происходит дробление исходных колоний Х-фазы.

. Проведено изучение^ превращений в глубокодеформированном сплаве Ti~35%Nb-Q. 3%H (t=99,3%) в интервале температур ■ старения 300...500°С. Установлено, что в ходе.старения, наряду с процессами выделения вторых фаз'(а, а") и формирования более совершенной дислокационной структуры.: при охлаждении инициируется образование гидридной Х-фазы. Гидриды титана и ниобия обладают низкими сверхпроводящими характеристиками, вследствие этого рекомендовано совместить процесс старения с вакуумной обработкой с целью гарантированного отсутствия выделений Х-фазы.

Таким образом, введение водорода" в Tl-Nb-сплавы позволяет добиться снижения содержания ниобия при сохранении высоких ллас-! тических свойств, но на окончательных стадиях обработки необходимо проведение обезводораживания сплава.

глава 4. ВЛИЯНИЕ ИТТРИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА'- ВЫСОКОПРОЧНОГО (а+Р)-ТИТАНОВОГО СПЛАВА В главе проведен сравнительный .анализ влияния 0,062 Y и 0,07% Zr на формирование фазового 'состава и зеренной структуры сплава Ti-4,8U1-1. 2Ш-2.6%V-0.6%Cr-0,25%Fe. .

Показано, что в сплаве с иттрием в. исходном/состоянии присутствуют, выделения дисперсных-частиц оксида Y203 округлой формы, размером до 100 нм.. Это способствует.рафинированию сплава" от кислорода и, повышению стабильности р-фазы. Цирконий' как микролегирующий элемент каким-либо особым образом себя не.проявляет.

Установлено, что при. нагреве в р-область на 50°С выше Тпп. размер зерна в сплаве с иттрием в 2,5 раза меньше, чем в сплаве с цирконием. Анализ данных электронной микроскопии показал,, чтс сдерживание роста зерна' в сплаве с иттрием нельзя объяснить только наличием частиц у203. На наш взгляд, -.основным фактором яе ляется действие.иттрия как горофильной примеси, которая;; обогащая границы, снижает их избыточную:энергию и тем самым ослабляет стимул к росту зерна. О том. что данное утверждение не лишенс оснований, свидетельствуют данные о поверхностной активности иттрия и результаты, полученные, для сплава ВТ18У, приведенные шш

-11 -

Рассмотрено формирование структуры в процессе распада мета-стабильных Фаз а".а'), зафиксированных закалкой с различных температур, при старении и отпуске. Показано, что распад мета-стабильного ß-твердого раствора в исследуемых сплавах при старении в интервале 350. ..550°С идет' с' образованием о-фазы, дисперсность которой увеличивается с уменьшением tCT. Выбранный интервал выдержек (до 16 ч) приводит к полному распаду ßM-фазы при старении 550°С в течение 4 часов, при 350°С распад не заканчивается. а при 450° С, происходит практически полностью. Установлено, что распад «Г- и а'-мартенсита в ходе отпуска при выдержках до 16 ч реализуется по аналогичным схемам: tH =350° С: а"(а') -а" (а') 0 e е д-кх» (С) 0 в 9 г-а" ("а-) 0 6 е д+ßH: tH=450°C:a"(a')-a"(a')ollea+a"(a')o6or-,a"(a')o6eÄ+ßH->aoeor+ßH: tH=5500C:ä"(a')-a"(a')oiei+a"(a')o6or-*a"(a')oeea+ßH-aoe<)r+ß-aP+ßp.

Из-за связывания кислорода иттрием'сплавы 1 и 2 имели разную стабильность образующихся при закалке метастабильных фаз. что сказалось на кинетике процессов распада.

Проанализированы процессы формирования зеренной структуры в сварных соединениях изученных сплавов. Установлено, что значительный перегрев металла в околошовной зоне (ОШЗ) и шве сварного соединения практически снимает эффект измельчения зерна за счет микролегирования иттрием. Показано, что в ОШЗ это связано с более высокой скоростью миграции границы зерна при высоких температурах по сравнению со скоростью дрейфа адсорбированных на ней атомов иттрия. В шве это происходит из-за недостатка времени для полного протекания -диффузионных процессов в ходе охлаждения при сварке.. Вследствие. этого .-границы остаются с малой концентрацией, иттрия, недостаточной для эффективного сдерживания роста.зерна.

..Изучены процессы распада метастабильного ß-тьердого раствора в.сварных соединениях,, при температурах старения 450, .500, 550°с. Показано, что 'распад идет по гетерогенному механизму за счет движения исходных межфазных ■ a/ß-границ. Абсолютная величина упрочнения шва сплава "с цирконием по' сравнению со' сплавом с иттрием меньше. Это связано с относительно большим количеством ß-фа-зы. зафиксированной-в шве после сварки, в сплаве с иттрием. .

Таким образом установлено, что в процессе закалки, старения, сварки.наиболее сильно на структуру и свойства комплекснолегиро-ванного a+ß-сплава влияет микролегирование иттрием, который замедляет рост, зерна при нагреве в ß-область, рафинирует металл от

кислорода и вследствие этого повивает устойчивость р-твердог< раствора к процессам распада по сравнению с сплавом, легированным цирконием. В то же время иттрий не может сдерживать рос зерна в ОШЗ и шве из-за отрыва адсорбированных атомов от границ

глава 5. ВЛИЯНИЕ , МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ НА ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ 1 СТРУКТУРУ СПЛАВОВ ТИПА ВТ18У В данной главе исследовано влияние одно- (V) и многокомпо нентных (Cr+Y. Cr+Hf) добавок, дающих близкий коэффициент р-ста билизации (КР), на структуру и свойства псевдо-а-сплава'ВТ18У. данном случае иттрий в сплаве полностью находится в твердо: растворе, выделений оксида Yz03 не обнаружено.

Показано, что увеличение р-стабилизаторов в сплаве ВТ18У з 1 счет .дополнительного легирования хромом и ванадием приводит к 1) снижению температуры a+p-p-перехода: в сплаве ВТ18У она равн 1005°С, а в сплавах 18-1. 18-2. 18-3 - 945°С, 955°С и 990°С со ответственно; 2) увеличению количества р-фазы в структуре уменьшению параметра ее решетки.

Изучено влияние микролегирования на формирование зеренной тонкой структуры при обработке по двум режимам: 1) отжиг в р-об ' ласти при 1050° С -1ч. последующая упрочняющая обработка - закал ка 1050° С плюс старение 540° С - 5ч и окончательный отжиг пр 950° С с различными выдержками - от 0,5 до 4 часов; 2) включае те же операции, что-и режим 1, за исключением старения. ■ ' Установлено, что наряду с системой ыикролегирования на сред ний размер р-превращенного зерна (см.. таблицу) и микроструктур влияет режим обработки. Операция старения'перед отжигом закален ных из р-области -сплавов способствует повышению устойчивост мартенситоподобной структуры и межзеренных границ, что обеспечи вает повышенный уровень прочностных .свойств. Отсутствие .части Y203 и вместе с тем меньший размер зерна в сплаве 18-3 свиде тельствуют в пользу утверждения о действии иттрия как горофиль ного.элемента, адсорбирующегося на границе и . понижающего е энергию, о чем говорилось в главе 4. .

' Средний размер В-зеона сплавов после обработки по режимам 1 и i

■ Сплав ВТ18У 18-1 18-2_18-3 '.

Режим 1 287 мкм 292 мкм 267 мкм 98,мкм Режим 2 360 мкм 310 мкм 320 мкм 150 мкм

Микролегирование сплава ВТ18У добавкам! V, Сг. НГ. У приводит к изменению как макро-, так и микроструктуры, - что в итоге, оказывает влияние на прочностные свойства. При исследованных режимах термической обработки оптимальным является микролегирование добавками Сг+НГ и Сг+У. Первая добавка способствует измельчению внутризеренной структуры, а вторая - сдерживанию роста первичного ¡5-зерна к стабилизации а+р-структуры.

■ Установлено, что, как и в случае с а+^-сплавон, модифицирующий эффект от добавки'иттрия пропадает в ОШЗ и шве при сварке. В то же время микродобавки активно влияют на протекание структурных превращений при охлаждении с температур сварки.• что сопровождается изменением прочностных свойств (твердости). Показано, что однокомпонентная добавка ванадия (сплав 18-3) только растягивает .температурный интервал выделения а-фазы и не приводит к упрочнению. Двухкомпонентное легирование сплава 18-2 хромом и гафнием способствует протеканию {¡¡-«-превращения при более низких температурах, чем в сплаве ВТ18У, что обуславливает более дисперсное строение а-фазы и наибольшую твердость. В сплаве 18-3 иттрий, находясь в твердом растворе, выступает как ¿-стабилизатор и способствует протеканию ^-^-превращения в двух температурных интервалах, что приводит к упрочнению сплава.

Изучено изменение структуры и свойств в ходе старения сварных соединений в рабочем интервале температур ~ 550, 600. 650°С в течение 10 ч. 'Сравнение свойств сплавов, получаемых при старении. показало, что двухкомпонентное микролегирование (сплавы 18-2, 18-3) предпочтительнее относительно однокомяонентногс (сплав 18-1) при одинаковом К{5. . .

Таким образом, исследование показало ограниченность применения иттрия в качестве кодификатора титановых сплавов. Влияние иттрия на протекание фазовых превращений зависит от того в каком виде он находится в сплаве: в виде оксида или в твердом растворе.

На основании проделанной работы сделаны следующие выводы."

.ВЫВОДЫ.

1. Для сплавов системы Т1-МЬ уточнены концентрационные интервалы образования метастабильных фаз после закалки из (5-облас-ти при содержании ниобия 10-50 вес. %. Установлена возможность образования массивных выделений ш-фазы в сплаве с 23,0 вес.% ни-

- - 14 -

обия. Показано, что количественное соотношение ю и а"-фаз в сплавах с разным содержанием ниобия определяется положением температур Ms и Тш и напряжениями, возникающими.при фазовых превращениях в решетке ß-фазы. '

2. Построена диаграмма фазового состава закаленных с температур ß-области сплавов системы Tl-Nb-H. Показано, что введение водорода сдвигает концентрационные границы существования, мета-стабильных Фаз в сторону уменьшения концентрации ниобия и способствует выклиниванию области образования ш-фазы. Установлено, что обнаруженная неизвестная ранее фаза является переходным гидридом с ОЦТ-решеткой.

3. Установлено, что. структура холодабдеформированного сплава Tl-355?Nb-0,3%Н определяется исходным фазовым составом. Деформация в однофазном р-состоянии протекает аналогично деформации сплава НТ50. В процессе вылеживания после деформации с малыми обжатиями p-твердый раствор' испытывает распад с образованием гидридной фазы, которая наследует дислокационную структуру ß-фазы. Деформация с большими обжатиями способствует стабилизации p-твердого раствора.

. ' i. Изучены структурные и фазовые превращения, протекающие в холоднодеформированном сплаве Tl-3555Nb-0.355GH при старении. Показано.; что для получения структурн о высоким комплексом сверхпроводящих свойств необходимо проведение старения, совмещенного с вакуумной обработкой.

5. Установлено, '.что .если иттрий.связывает присутствующий в сплаве кислород в оксид Уг03. то это приводит л повышению стабильности Р-твердого раствора. ; В противном случае, находясь е твердом растворе, йттрий может.выступать как а-стабилизатор.•

6. Показано, , что распад метастабильного р-твердого раствора в комплекснолегированном (a+ß)-сплаве при старении в интервале 350...550°С идёт с образованием а-фазы.

Распад а'(а")-мартенсита при нагреве в,температурном интервале 350. ..550° С идет по схеме. •

При выбранных температурах нагрева реализуются следующие стадии: ' tH=35o°C: a"(cc' )-a" (а')овед+<х" (а' )с60Г-а" (а' )овед+Р„: Лн=45р°С:а,'(а*)->аи(о';06ед+а".{а')060г-ч1" (а'У^ед+Рн-чХобог+Рн:. tH =550° С: а"(О')*<t"«Г) о 6 е я'(«*) о 6 о г-«" <*') о 6 е 6 о г+Рк-Ор ■

• - 15 -

7. Подтверждено, что введение иттрия замедляет рост зерна при нагреве в ßroблacть. Показано, что.определяющую роль в этом случае играет внутренняя адсорбция иттрия по границам"зерен, которая приводит к снижению их поверхностной энергии. Перегрев металла в околошовной зоне и шве сварного соединения снимает эффект измельчения зерна за счет микролегирования иттрием.

8. Микролегирование сплава ВГ18У добавками V, . Cr+Hf. Cr+Y приводит к изменению как макро-, так и микроструктуры, что в итоге оказывает влияние на прочностные свойства. При исследованных режимах термической обработки оптимальным является двухком-понентное микролегирование - Cr+Hf и Cr+Y. Первая система спо--собствует измельчению внутризеренной структуры, а вторая - сдерживанию роста первичного ß-зерна и стабилизации a+ß-структуры.

9. Введение операции предварительного старения перед отжигом закаленных из ß-области микролегированных сплавов• типа ВТ18У способствует повышению устойчивости мартенситоподобкой структуры внутри зерна, а также большей устойчивости межзеренных границ, что обеспечивает повышенный уровень прочностных свойств.

' Рекомендации по использованию сплавов типа ВТ18У с . микролегирующими элементами внедряются в производство на ВСМПО. Предполагаемая экономия металла от внедрения составит до 10%.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:. ■ 1. Исследование процессов распада метастабильных фаз в высоколегированных титановых сплавах методом дифференциальной сканирующей калориметрии-(ДСК) /Попов A.A.. Пумпянский Д.А., Белогла-зов В.А., Илларионов А-Г. // Термическая обработка и физика металлов. ■ Свердловск, .1990. С. 77..: 82.. • • ' . ,'• . '

■-Z. Попов A.A.. Илларионов А.Г.. ЕлкинаО.А. Влияние добавок иттрия и циркония на структуру сварных соединений высокопрочных Титановых сплавов //Материалы 6-го Республиканского совещания по .старению сплавов. Екатеринбург, 1992. с. 84.

.3. Образование-новей фазы в сплавах Tl-Nb, легированных водородом /Попов A.A.,. Келлеров М. ¡0.. Илларионов А. Г. .Голубев В. А. // Тезисы докладов 1-го Российского научно-технического семинара "Водород в металлических материалах". Москва: МАТИ. 19ЭЗ. "С. 16.

4. Исследование фазовых превращений в закаленных сплавах системы титан-ниобий /Попов A.A., "Ильин A.A.. Илларионос А.Г., Елкина О.А.:, Коллеров'М.Ю.// ФЖ.'1994,.Т.78. вып.2. С. 119... 125.

.16.-'

5. Влияние водорода на фазовый состав и структуру закаленных сплавов Tl-Nb / Попов A.A.. Ильин A.A.. .Коллеров М.Ю.. Илларионов А. Г.. Агаркова Е.О.// Металлы. 1994. N 5. С. 109. ..117.

6. Исследование процессов старения в холоднокатаной фольге из сверхпроводящего сплава Tl-35Nb-0, ЗН / Попов А.А.. Илларионов А.Г.. Елкина O.A., Низовцева Н.Г.// Тезисы докладов Второго Российского научно-технического семинара "Водород в металлических материалах"'. Москва: МГАТУ, 1994. С..35.

7. Влияние холодной деформации на формирование структуры в сплавах НТ50 и Tl-35Nb-0,3H /Попов A.A.. Илларионов А.Г.-. Коллеров М.Ю.. Низовцева Н.Г.// Тезисы докладов Второго Российского научно-технического семинара "Водород в металлических материалах". Москва: МГАТУ. 1994. С.39.

8. Попов а, А.. Илларионов А.Т. Хорев М. А. Влияние микролегирования на структуру и свойства сварных соединений из титановых сплавов// Труды 1-й Международной научно-технической конференции по титану стран СНГ. Москва. 1994. Т.2. С.908...919.

9. Изучение фазовых превращений в системе титан - ниобий -водород / Попов A.A., Илларионов А.Г.. Демаков С.Л.. Елкина O.A. //Тезисы докладов Первой международной конференции "Водородная обработка металлов" (ВОМ-95). Донецк, 1995. 4.2. С. 21.

, 10. Попов А.Г. Илларионов А.Г., Демаков С.Л. Изменение структуры холоднодеформированного сплава титан-21,5 ат.% ниобия-15ат% водорода при термической обработке//.Тезисы докладов Первой международной конференции."Водородная'обработка металлов" (ВОМ-95). "Донецк, .1995. 4.2. С. 22. . .

И. О природе Х-фазы в сплавах системы Tl-Nb-Н/Попов А. А., Ильин A.A., Демаков С.Л., Илларионов А.Г.. Агаркова Е.0.//Металлы.. 1995.' И 6. С.52-58 ' '

Подписано в печать 31.01.96 Формат 6Qr84 I/I6

Бумага типографская Плоская печать Усл.п.л. 0,93 Уч.-изд.л. 0,89 Тирах 100 Заказ 54 Бесплатно

Редакциопно-азцательскцц отдел 7И7. 62G002, Екатеринбург, 7ГТУ, &-S учебны;"; корпус Ротапринт ТТЛ. 620002, Екатеринбург, 7ГТ7, 8-2 уч.корпус