автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структура и свойства альфа+бета-титановых сплавов в крупногабаритных изделиях, разработка и опытно-промышленное опробование способов модифицирования и термической обработки с целью оптимизации механических свойств

днепропетровск!*й овдгяь шдозого КРАСНОГО ЗВШШ

:ешшшявА шютатут

шши а сзойзтзк cL +ß ~ thtaeqш сливов в

ШПШПШЗХНЫХ ИЗДЕЕШ, РАЗРАБОТКА К-СШТЕО-ПРаШЛЕНШВ ОПГОБОВЛгГЛЗ СПОСОБОВ И

ТЕКШЕСКЙ! ОхРШШК С Ц ШЙ ОДТЙЖЗАГЩИ МЕШОТЕШХ сзойсга

(йегошдьнЬсгь 05.15.01 - "аетшиоведепяа г. гэда^всг^л

с^раЛтш катаялоа"

Еа яраваг руяошюа Для слуксйиого пользования

//М

ШШОЗШВ Алексей Вшсгорошч

JLETQPEÜSPAT

двссертащш. ва сояскаяво учено! атеяшз кшщстлта тезгапческах паук

Двгаропотровса - 1991

. Работа выполнена на кафедре металловедения Днепропетровского орйэна Тйдавого Красного Знамена метеляургилеского института.

- ЕаучруяозодЕтахь

а$£адшик Ш УССР,

доктор тезняяесхнх наук»

врофоссар Таран Ю.Н.

0фИЦ22ЛЬШ.в ОШЮНШГ1Е1 . доктор тегшиескшс наук, . .

старший нгутзйй сотрудник Евасшш! 0»М»

вандвда! аовшчаевих наук»

старший научный сотрудник' Третьяченко ЛД.

Вэдуцеа- вреяиркяш) - Всесоюзный научяонгссдедовательскЕй

ж кош^р/кгорско-тохншшгическиЁ квзхагуг трубной врошшшнвоста

Зааета дееертацик состоятся * $ "ОКГЛоЕрО 199Г г. ъ часов ка заседании саеща-шзарованного совета

К GSS.02.C2 Ера Дешпрсше^ровскш ордена Трудового Красного Звшши г^аплургаческои институт«..

Ддрос: 320835, г»Днепраае1ровск, проспект Гагарина, 4

С диссертацаей можно ознакомиться в библиотеке Днепропетровска?» ордааа Трудового Красного Знамени металлургического ивстятута» .

Автореферат разослан » М •сентйдряШ! г.

УчешВ секретарь спецЕВДИзированного совета кандидат тахиивсюис наук. Клименко ПЛ.

- ОБЩАЯ НШТтаЛШ. РАБОТЫ •

Актуальность тста. В производстве крупногабаритных термоуп-рочнядмых излагай общего ¡.¡ашностроеккя апробвровгнн три высоко— прочных о-ткталовых сплава: дсфоргаруемые БТЗ-Г» ЗТ23Я литейный - ЛТС. Дня научно-обоснованного выбора кавдого из' сплавов, повышения прочности и пластичности их в изделиях ответственного назначения необходимо были сравнительной исследования структуры, фазовых превращений, свойств, и как следствие - разработка способов термической обработки» С позиции; ресурсосбережения металла и технологичности производства массивных деталей представляла значительный интерес возможность замена деформируемых сплавов на литейный пра . условии их конкурентоспособности;. В связи с этим был изучен ада один способ совершенствования, структура и повышения механических свойств литейного сплава ЛТС - модифицирование. Вышеизлоаегагоз определяло актуальность работа.

Цель работы заключалась в достижении заданного уровня в стабильности механических свойств путем сравнительного исследования структуры и особенностей фазовых превращений трех высокопрочных об + -титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ23, ЛТС в крупногабаритных изделиях, их термической обработки, повышения "гчсатБа металла кодифицированием литейного езлаш.

для достижения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

систематически сравнительно исследовать свойства, структуру дефорглируашх и литейного титановых сплавов в этих изделиях, выявить причины выпада свойств и нестабильности результатов механических испытаний металла в исходно« необработанном состоянии;

изучить фазовые превращения, структуру и перераспределение легирующих элементов при термической обработке, а такие влияние скорости охлаждения на свойства титановых, сплавов;

исследовать влияние модифицирования расплава литейного титанового сплава на шрфологшз, структуру, фазовые превращения и свойства.; дать рекомендации по модифицированию литейного титанового сплава Л!С }

разработать ретин готической обработки деформируемых ж литейного об 4- -титановых сплавов и рекомендовать их к внедрении.

Научная новизна. Показано, что с увеличение» количества ¿Ь -фаза ЖЮ -л-ВТЗ-1 —>-В123 возрастал;« коэффициента .линейного расширения, теплопроводности, характеристики пластичности, измени-

лись параметра1 кристадстческой рзшетка, уменьшались плотность, удельное электросопротивление, ■

. Установлена формирование картавсятных фаз (об ,) при зака- • лае, обусловленное расслоением. твердого раствора Jö —,5$>бедн +

.^обогац. в высоколйгированиы* сС+ J> -титановых сплавах ЗТЗ-Г, ВТ23, ЛЗС (2 1.Э. - 11,3 ; 12,9; 28 % мае ) в условиях за. труднешгаста развития диффузионных перемещений атомов замещения. Предложены: схемы перераспределения легирующих элементов»

Обнаружены точки перегибов на дилатометрических и термографических кривых "нагреа-охлажденхб" образцов сплава ЛЕС, при переходе через' которые резко изменялись состав, количество об - и Jb -фаз, параметра юс кристалантаесхах решеток, твердость, дисперсность кгруктурнкх составлявших, ширина рентгеновских интерференционных линий»

Установлена, температурные области формирования в закаленных титановых сплавах (ЗТЗ-Г, BI23, ЛТС) максимального количества ß> -фазы (820 - 880)° С, ого зависимость от обаего содеряания и состава легирущвх элементов.

Обнаружено уменьшение-'на (7 - 10 ) % содержания fit -фазы после предварительной низкотемпературной термической обработки (ШЛО, 200° с) а на 50 % после старения. (580° с) закаленных образцов сплава ITC» доказана интенсификация ß> -распада при ПИТО.

Установлено, что скорости охлаждения VftXyp- (l,4 -2у35 • I03) грзд/шш существенно изменяли фазовый состав, степень Лбгированностг фаз и распределение легирующих элементов, параметры красталлзгаесЕО^ реаетка, структуру, ее морфологию, физические в ме~ хаНЕческве свойства образцов крупногабаритных изделий ©£ Jb -титанового сплава ET3-I.

■ Разработаны, в соавторстве способы термической обработки, но-влзка которых згщадена а.с. 1157875, I5I482I, 1251559, 1616183, 978610, 1552672»

. -Установлено, что введете оптимального количества Се к V ( 0,01 % мае} в сЛ + ß> -титановый сплав ЛТС по предложенному способу модифицирования повышало уровень механических свойств за счет измельчения зерен, повышения однородности и дисперсности структуры., изменения соотношения и легированности cL - и Jb -фаз, кх ыорфологии, повышения температур существования метастаб ильных . состояний, начала окисления »t Ц)(П# и t ^ Предложен механизм модифиаирования» Новизна разработки апробирована положительным решением Je 4722961 от 30,05.90 г. .

Практическая пенпосгь. После термической обработки' сплава ВТ23 по а.с. I6I6I83, 1251559 он обладал наилучшим сочетанием максимальной удельной прочности с пластичностью, ударной вязкостьи и стабильность*) механических свойств, на основании. этого рекокзи-дован как предпочтительный конструкционный материал, для крупногабаритных изделий наиболее ответственного назначения.

Лля трех рассмотренных сплавов определены: рапиоаальшо ретиглы нагрева в высокотемпературной области с лоследувдеЯ регламентированной скоростью охлаждения, конкретной для каждого пз сплавов.

Разргботангалз рахита термической обработки посла апробирования рекомендованы в практику прояззодства 'кашикостроительшх пред-пркя ткй.

Модифицированием литейного титанового cL + Jb -сплава ЛТС церием, иттрием, бором опробован. и рекомендован к применении нетрадиционный способ обработки, в тем числе серийных деталей. Он позволил повысить одновременно уровень прочностных я пластических характеристик сплава ЛТС яри 0,01 % мае Сэ j 0,01 % мае У ; 0,1 % мае В» '

• Получены систсматичрсгло данные oö из?лененик состава а количества ikia, степени легированности структуры и свойств трех применяемых cL + р -титановых сплавов при нагреве t = (20-1200)° С, которые мояно использовать как справочный материал.

редлизагглч работа в промнгшгентоёти. Режимы тсртческой обработки титановых сплавов ВТ23 и BT3-I апробирована и внедрены на двух машиностроительных заводах ( ШЗ,1ШЗ ) с экономическим эффектом»

Дш реализации технологических процессов обработки литейного титанового сплава ЛТС били разработаны слодушие технические документы:

I» Технологическая инструкция на процесс термической обработки отливок из сплава ITC от 21.12,88» ■

2. Акт о проведении термической обработки крупногабаритных литых деталей из ейлава ЛТС»

3. Технологическая инструкция по дакродютровяюда титанового сплава ЛТС ov 12.12.88»

4. Акт о получении детали. "Обечайка" из сплава ЛТС, ¡шфеле-гпрованного иттрием в литейном цехе предприятия»

Дяробапия работа. Основные положения диссертационной работа доложены, я обсушены на Всесоюзной конференции "Влияние тершгчес-

кой. обработки на свойства титановых сплавов* ( г.Днепропетровск, 1980 х>,) ; Республиканской конференции "Механизация и повышение эффективности технологических процессов производства отливок ме-тазцургшшского оборудования" ( г.Днепропетровск,, 1986 г.) ; Республиканской конференции woлодцх ученых ( г.Донец;-:, 1986 г.) ; Всесоюзной конференция. "Ресурсосберегающие технологические процессы обработки титановых сплавов и их отходов" ( г.Днепропетровск, 1987 Г.) ; отраслевом научно-техническом совещании "Научно-технический прогресс в. производстве и применении крупногабаритных титановых заготовок" ( гЛаплоград, 1988 г., ДШ) •

г^угЬртяптта.. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, получено 6 авторских свидетельств ( Je 978610, II57875, I25I559, ISI5I83, I5I482I, 1552672^ положительное решение JS 4722961 от 30.05.90 г» Положения работа отражены в 5 отчетах по законченным НИР Днепропетровского металлургического института и Днепропетровские государственного университета.

Объдм ряйоты. Диссертационная работа состоит из введения, в глав, выводов, списка литературных источников, приложений и содержит IIS страшщ маяшнодасного текста, 125 рисунков, 26 таблиц, список использованной литературы иэ 359 наименований. Объем приложений составляет 12 страниц. .

' ■ ,' СОДЕРЖАНИЕ даССШРТАПда •

Состояние вопроса

.' Получанио слитков послойным направлением из расходуемого электрода, спрессованного в вида "слоеного пирога" из губчатого титана и лигатур, одень медленное охлаждение их в вакууме обусловили разброс химического состава и структурную неоднородность. Обработка давлением ш устраняла их, а такке крупнозеркистость и нестабильность свойств крупногабаритных изделий, хотя в случае изделий ответственного назначения ати фактора желательно исключить. Существенное влияние могла оказать термическая обработка.

Другим способом воздействия на структурообразованиа литого металла могло быть модифицирование, которое уже в процессе кристаллизации титановых сплавов измельчало бы зеренную структуру, изменяло ее морфологию, и свойства»

¡йатеркад jl методики исследований

В настоящей работе, согласно поставленным задачам, объектами

" ? -

исследований являлись деформируемые ЗТЗ-t, ВТ23 и литейный ЛТС титановые сплавы,.

Заготовки под образца размерами (20x20x60) . IQ"3'»! к (20г. 20x10) * Ю"3 м вырезали из технологических припусков крупногабаритных (—Г,5 к) деформированных полуфабрикатов: BT3-I — поковок, 3T23 - итамповок, ЛТС - отливок.

Модифицирование сплава ЛТС бором, церием, иттрием исследовали -на образцах размерами (15x15x50} • 10"^ и а (25x15x10 ) • Ю-3 м, вырезанных из слитков массой г2 кг, которые выплавляли: двойным" вакуушю-дугоЕым переплавом» Прессовали расходуемые электрода пор-даоняо, гидравлически.! прессом модели PVS-I60S , о введением в каддую порцию модификатора, плавили по существующей технологии.

С целью обсолечания надежности и достоверности результатов, получения качественпо новых данных о происходящих процессах образца исследовали параллельно несколькими методами, в том числе: м&-. таллографическим., рентгенографическим, лэкальным микрорсятгвио -. спектральным зондированиед, элеатронномшсроскош1Чбсшл,'*высокота*й-пературним дифференциальным термическим, дялатометрэтесккм,, термическим, определением физических ( удельного электросопротивления, плотности, коэффициента линейного расширения и л тхаки- '

ческихГб^У.ШЬНВ ,Яа) свойств»

Структура, свойства,, фазовый состав и■распределение легирующих элементов в титановых сплавах ВТ23, BT3-I, ЛТС.

Из анализа состава изучаемых сплавов следовало, что ато многокомпонентные системы с количеством легирующих элементов не менее пяти. Их основным упрочнителеи являлся алюминий, содержание которого увеличивалось'в направлении: ВТ23 (5 % мае) —>»ВТЗ~1 (6,0 % мае) —('s,5 % мае) »

Общее содержание легирующих. элементов во всех сплавах весьма значительно Td+jb -11,3 % ¡лас (ЗТЗ-Ö; +

12,9 % мае- (ВТ23) ; Tat+ß - 23 % мае (ЛТС) , поэтому сплавы классифицированы как высоколегироваиьнв. Количественный состав ах существенна изменялся: сплав BT3-I состоял практически из равных количеств oi ß -стабилизаторов ^ /2. d *■ ^>~0,56 ; сплав БТ23 шел ß> -стабилизаторов вдвое больше, чел оС -стабилизаторов + ß — 0,33 ; в сплаве ITC содержание ß -стабилизаторов меньше, чем oi - (3,2 а 6,8 соответственна), на взамен последних введен цирконий, который может проявлять себя, и как оС и как. J> -стабилизатор-.

Плотность сплавов возрастала в последовательности ВТЗ-Г —> ВТ23 —♦■-ПС, что обусловлено введениа-л в их состав элементов с больяим удельным весом (Mo, V , С*2 , Z*Sr) , повышением прочности межатомной связи кристаллической репетки титана, различием их со-атояшЛ: дефэрмированшм (ВТЗ-I, ВТ23) и литым (ЛТС) . По этому критерию использование сплавов BT3-I к ВТ23 более целесообразно, чш ЛТС, в крупногабаритных изделиях»

Удельное электросопротивление изменялось в свяад с разними степенью легжрованности., загрязнением примесили, фазовым составом н даспедгаость» структуры. Наибольшее значение его шел сплав ЛТС, благодаря большого количеству летирувдих элементов и высокой степени дисперсности обеих фаз..

Значения, коэффициента линейного расширения увеличивались в последовательности: ЛТС —з»ВТ23 —%-ВТ1-00 —>БТЗ-1, то есть наиболее легированные сплавц. ВТ23 и ЛТС обладали наименьшей ангармоничностью колебаний атоыов кристаллической решетки и наибольшей прочностью манатошой связк. Температура (300 - 400) 0 С оказались критическими, а резкое возрастание коэффициента линейного. расширения сплава ЛТС ограничивало его прш«1енеше до 300° с(рис. l).

Наибольшую жаропрочность проявил сплав ВТ23: коэффициент его линейного расширения в- интервале температур (20 - 900) 0 С имел наиболее низкие.значения к слабо возрастал»

По изменению параметров кристаллической решетки получена информация о.влиянии легирующих элементов на свойства сплавов и стел вш легаровашшста. фаз .

• При изучении фазовых превращений параллельно несколькими методами выявлены:

• I» Расслоение jfi> -твердого раствора при нагреве сплава BT3-I (850 - 960)° С; ВТ23 (900 - Ю00)° С, ЛТС (900 - ИБО)0 С. Последующая закалка ох этих температур формировала мартенскткуи -фазу,охрупчивазадую сплава при старении. На основании полученных данных регламентированы температура закалки трех сплавов шгаэ границы формирования об" -фазы.

2. Скачкообразное увеличение количества р -фазы BT3-I (820°С, 50,5 %) , ВТ23 (800° с, 76 %) , ЛТС (800° С, 32,6 %) благодаря: .ускорению диффузии легирующих элементов и соответственно + Р —•»-»перехода.

а. Активное развитие об + -превращения в низкотем-

пературной области в районе (200, 500jrC по бездиффузионно,чу механизм, процесс сопровождался изменением степени легированности

U- -фазы., резким уменьшением величины микрогокажений крйстэллячес-ской решетки (рис.4).

Предложены механизмы и схемы перергйпреДиленяя легирующих-элементов при нагрезе и закалке всех трех сплавов в'высокотемпературной областя (рис.З) ♦

Легируктдие элементы трех сплавов, особенно Fe и Мо, в меньшей степени Äi весьма неравномерно распределялись менцу фазами, а в каждой из них состав был более однородным. Коэффициент неоднородности К^ уменьшались в последовательности: ЛИГ —»»BT3-I —>ВТ23» Предложен расчет прочности сплавов с использованием коэффициентов неоднородности распределения.

Исследование структура титановых сплавов э состоянии поставки показало выделение утолщенных окаймлений сб -фазы по границам бывших р -зерен и грубых с& -пластин в колониях оС +ß> фаз, крупно- и разиозернистосто в сплаве BT3--I, формирование "аб~ нормачьной" структуры; в сплаве ВТ23, крупных колоний с длинными..

оС -пластинами, а такке Ецделетаями ее по границам бывших ß -зерен, очень большие -раамерн последних в литом металле (ДТС} »

Эти недостатки структуры можно было устранить термической обработкой, а в литом металле - модифицированием.

Исследования по разработке ner^cs термической обработки

^естмы высокотемпературной обработки оптимизировали, исходя из различного влияния факторов:. н '

образования мартенситной (/> -фазы, охрупчавающей сплавы, при закахге в воде ст-температур: 850° С - BT3-I ; 900° С ~ ВТ23; 900° С - ЛТС ; поскольку для крупногабаритных заготовок фактор риска должен быть минимальным, сформулировано основное условие: температуру закалки надо шбирать ниже температуры формирования cL -фазы; .

окисления сплавов ЛТС, 3T23, BT3-I, обкарухетюго от температур соответственно 440° С, 650° С, 700° С тершгравлмэтрическш методом.; в соавторстве разработан и положительно апробировал на крупногабаритных штамповках способ защита, где покрытие выполняло одновременно роль геттера и тепловой оболочки (а.с. I25I559) ;;

выделения в структуре сплава максимального колччества пластичной ß -фазы для достшсошл заданьях ъначенкй ¡5* и У ; о этой целью образцы кавдого па сплавов запаливали от (100 - I2COj 0 С с ¿нтврвачок (lüQ - 2о)е С..

На графике ß , % - tgQK заявлена температурная. область

ю

формирован® максимального количества ß -фазы, в закаленных образцах,,. f820 - 800)° С. В трех оС +,ß -сплавах количествоß -■ фаза существенно изгленялось в зависимости от общего содержания и. состава в них легирупцих элементов ( BI23 - 76 %, ВГЗ-1 - 50,5 %, ITC - 32,6 %) . .Сплавы, дополнительно упрочняли путам ß -распада, при котором мелкодисперсные выделения Jij -фазы тормозили дислокации по принципу барьерного эффекта. Оптимизацией тешературно— временных реташв обработки регулировали структурообразование в сплавах»

- Так» для ускорения ß -распада литейного сплава JETO захален-ше от (700 - 950}0 С образца подвергали предварительной низкотемпературной обработке (ПНТО, 200° с) и среднетешерагуржмлу старению (580° С). По дакньш реатгенофазового анализа образцов после закалки» закалки +■ ПНГ0, закалки + ПНТО + старение - количество ß -фазы в них убивало соответственно на ¿14,18,17) % с повышении! -fc от 700 до 550° С. После ШГ0 во всех закалек-шх образцах содержание ß -фазы понккалозь на (7 ~ Ю) % - это явилось прямым доказательством интенсификации ß> -распада.

йце более существенно- уменьшалось количество ß -фазы во всех образцах, закаленных от (700 - 950)0 С и подвергнутых двойному старению (íffiTO, 200° С + старение, 580° С) - на 50 %, После завершения полного цикла термической обработки ß -фазы оказалось в литейном сплаве ЛТС значительно больпе, чет»: в исходном металле -(15 - 12,5) %, в зависимости от t 32К Емесго S $(pi:c. 2).

В то жа время 700° С - это низкая теглтература для диффузионного перераспределения легируших алементсв к подавления структурной и химической нэоднородаости исходного сплава» Поэтому были разработана способы термической обработки с разными вариациями темпвратурно-временшх режимов по принципу; высокотемпературный нагрев лля диффузионного перераспределения легирупцих элементов и повышения химической и структурной однородности сплавов ; охлаждение с разными скоростями до 700° С для формирования оптимального количества ß -фаза; закалка; ПНТО +• старзнив для интекси^икадга

^Д-распада (а.с. 978610, I552S72, Н57875, I5I482I) . Этиш способами достигали существенного приращения прочности и пластичности на величины» значения которых приведена в выводах. Обдай уровень свойств был достаточно высок(рис.5) ВТ23: CÍ - 1265 Ша ¡S"" 9 Д % i У ~ 3£ % ;KClf~0,28 ТДДж/к2 БТЗ-1: £3J 1Г70 Ша ,¿>~ 7,0 % 25 % ¡ЩЮ.32 ■ Ш i е» ~ ИБО Ша\8"~ 8,0 % 22 % ;ШК>,28 MÜS/M2

и

Серией экспериментов с варьрованием скоростей охяанд'ения било показано на примере сплава BT3-I, что посла охлаждения от

t3aK в воде, на воздухе, с печь» и двойного старения (200° С, 630 С*)изменялось количество и соотношение eL -и ß -фаз, параметры юс кристаллических раиеток, распределение легирущих иезду фазами и внутри них. Наиболее существенно изменялась концентрация яслеза и хрома, как эвтектоидообразувдлх ßi -стабилизаторов, в . меньшей степени. - содержание. алхминиж швду аС - и Jb -фазами. Закалка в воде являлась наиболее сильно действующим способом подавления неоднородности, и повышения прочности сплава, Максимальная неоднородность распределения легиррзютх элементов установлена в образцах, охлаздавзшхся с печьп. При увеличении скорости охлаждения от 1,4 до 2,35«Ю-3 град/шш а ~ 3 раза утонялись'сС -пластины, несколько уменьшались размеры колоний, очень заметно изменилась морфология структуры. Предложена оптимальные варианты скоростей охлаждения для кахдого из сплавов.

Модифицировали литейного сплава ЛТС борой» церием а

иттрием

Вторым направлением повышения свойств литейного

сплава ITC яви чес:, тодифяцировалие, Анализом экспериментов по порционному введении Ce,Y , 3 непосредственно в расходуемый электрод с последующим двойным вакуумно-дуговш переплавом обнаружены:

сдвиг точек перегибов на термограмме в область более высоких температур;

повышение температур! полиморфного превращения при' введении 0,01 % Се, 0,01 %Y , 0,1 % В;

заметное возрастание температур плавления сплава ЛТС при модифицировании церием л бором; это возможно при увеличении энергии и сил межатомной связи в кристаллической решетка:

смещение кривых ВДТА в. область более еысоких температур под влиянием Се и Y ;

повышение температуры начала окисления сплавов с Се и В, понижение ее в образцах с У .

Положение точек перегибов, выявленное на дилатометре системы CHEVOKARD , хорошо совпадало с результатами. ЦЦГА.

Макроструктура модифицированных и нешдафицировакных образцов сплава ITC существенно отличалась по величине первичного -зерна. Она было в 3 -20 раз меньше, чем в исходном материала.

Посла второго переплава £ -зерно заметно возрастало в немо-дифядаровянаок сплаве НС и мало увеличивалось в слиосах, модифи—' пррованнах. 0,01 % Се, 0,01 % У . Еор действовал слабее и лишь рае- . деяиа 0»Г % В значит&тьно измельчало зоренную.структуру сплава ЛТС- Цсщифицироваяием повышена дисперсность структурных составляющих, однородность распределение дотирующих элементов. Последнее .. убедательш- подтверждено распределением дагирувда: злгаенгов- г мо. дафикагоров методом расхровой. электронной микроскопии на микроско-. п'в фарш * ЗЕОЬ

" .¿лгагиний ж .цирконий в сплазе Д1С клала акзифаздав распределе-шге, цирконий концентрировался в -фазе, а железо и молибден -в зратраыпно! зона. Модифицирование« повышали однородность распределения яетирушах вдвментов. в сплаве ЛТС.

Модификатора. изменяли соотношение к количества об - к фаз, степень их логированности. С изменением содерааяия церия от 0,005 % до О,Г % закономерно понижалась концентрация кислорода в сплаве ЛЗС: прл 0,01 % Се в 2 раза» Уменьшение концентрации кислорода, особенно ка границах зерен, субзерен, способствовало увеличения пластичности, аренда всего относительного удлинения более, чем на 30 В то же вромт возрастаете протяженности ыенфазовых поверхностей и дисперсности структурных составляющих три модифицировании Сё,У, В Еовншало прочностные характеристики сплавов. По уровню механических свойств оптимальной являлась концентрация 0,0Г £ Се: ПВО Ша, о"~ Э %, У ~ 14,3 % и 0,01 % У г

ШО Ша, ~ 9,0 £2,5

." Общий уровень механических свойств сплава ЛТС при модифицировании бором бал кина, чей после обработки церием и иттрием. Это - явилось основанном, для. рекомендации в качестве модификаторов сплава ЛЗХТ церия 0,01 % или иттрия 0,01 %.

Прошшленгое апройироваша разработок

..' Разработанные раяимы термических обработок и модифицирования полоЕитвльна апробировали и частично внедрены в практику производства шпЕшоссроигальных заводов, подтвержденные документально. Для наиболее ответственная дегалей рекомендован сплав ВТ23, как обладающий бблеа высоким уровней механических характеристик я их стабильности.

ВЫВСЩ

; I» Установлено законошрнса возрастание мотности, коэф$ициез-

¿•io\Г

X Á

Á

г ^ о-ВТИС e-ßT3-L

й- ВТ 23 х-ЛТС

ßX

SB 26 24 22 <6

12

Зека/ ма

fv

V . Joкал (а ♦ГШТ0

алка T0>Cmaf CHUt

WOtfC

о гса «3 600 805 t,"c 700 800 900

tc.I Изменение коэффициента линейно- Ríe.2 Изменение количества^З-Заз» пего расширения в интервале темпе- еле ЛИТО :: старения в- образцах ратур {20-900)°С Tí -сплягсз сплава ДТС; закалка от 700°С,

■ выдержки при (700,800,950)%

ßtSeiM

Заколка

от; t*f?00-7St>)'C

ßcSed*.

fein. tS900*C

j.t»(0C0'C

Рис.З Схема перераспределения легирующих элементов при нагреве под закалку образцов сплава ВГ23 от температур оС+Р -и р -области

е 2С0 <09 £00 № 1060 1200 Н00 1600 t,°C

Рис. 4 Кривая ВДГА образца сплава ¿ТС (исх.), исследованного при: t = <20- t^/c, V нага. = 40 град/мин, Р - 1,33 . • ИГ6 Ша

гелий

натр.

64',МПа КСЦ,М&ж/м»

5.%У.%

«со то .исз 1000 989 «СО 766

V ,0ß

w lo,i <У

втзн

ВТ23

ja

л.'Г •

• N ; ,

//

У

АТС

О- прирощение &ышв ТУ

36 52 28 24 20 16 52

Рис. 5 Сравнительные механические свойства сплавов BT3-I, ВТ23, ' ITC после термической обработки по разработанным режима),!

та линейного расширения, теплопроводности, параметров кристаллической решетки: титановых сплавов а понижение удельного электросопротивления с увеличением количества ß -фазы в последовательности: .

ЛТС (Кд = 0,12 —»BT3-I (tp = 0,^-ВТ23 (Х^ « 0,8)~ . Массивные кованые, штампованы® и лигае заготовки характеризовались химической и структурной неоднородностью,, грубодасперсшмй выделениями сС -фаз« в исходном, состоянии, снижавшими уровень и. стабильность механических свойств. г.

2» По результатам изучения, фазовых превращений несколькими методами предложены. механизмы и схемы перераспределения: легирующих элементов, для разных температурных интервалов: трех сплавов ВТЗ-1, •ВТ23, UC* , - . / Г

3. Обнаружены точки перегибов на дилатометрических, кривых к кривых ВДТА, для сплава ITC, при переходе через которые резко из- . менялись параметры кристаллической решетки, количество - а , •

Р -фаз, их твердость, дисперсность структурных составляющих, ширина рентгеновских интерференционных линий»

Установлено соответствие между оптимальными температурами термической обработки на разных этапах(эакалки, предварительной . низкотемпературной обработки, старения) и _3Ha4flw*<«~ хочик перегв-боз.. Они' приняты за основу пр;: разработке новых режимов термической обработки. •

4. Составлена блок-схема сравнительных коэффициентов неоднородности распределения лагирущих элементов внутри и мэзду фазами в исходных образцах сплавов BT3-I, ВТ23 и ЛС крупногабаритных заготовок, выявлены ряда последовательности легирующих элементов ш • возрастании неоднородности распределения. Наибольшей неоднородно-сты! во всех сплавах обладали ß -стабилизаторы - железо, молибден, наименьшей - оС -стабилизатор , алшиний; порядок последовательности несколько изменялся от сплава к сплаву.

5. Доказано, что температура закалки крупногабаритно: заготовок об + Jb -титановых сплавов (ВТЗ-Г, ВТ23, ЛТо) ш избегание озрупчивания должна быть нижа границы образования оС -фазы| разработана способы уменьшения структурной и химической неоднородности, склонности, к газопоглощению.

6. Показано, что' скорость охлаждения образцов крупногабаритных изделий сплавов BT3-I, ВТ23, ЛТС существенно изменяла фазовый состав, соотношение фаз, распределение легирующих элементов., размеры

+ ß -колоний, толщину oL -пластин, морфологию их структуре, параметры кристаллической решетка, плотность, микротвердость, мета.-

кические свойства. В зависимости от предъявляемых -требований к свойствам сплавов рекомендованы к использованию при термообработке крупногабаритных: изделий из- сплава БТЗ-1 - закалка в воде, ВТ23 —. закалка в воде или. охяаздение на воздухе поя теплозащитным слоем ; из сплава ITC - охяавдеяие в воде или на воздухе.

7. йсслвдованы и разработаны ра*шмн термической обработки об jS> -титановых сплавов в крупногабаритных_изделиях, которые

позволяли повысить предел прочности на ~ M %»

аЩ В123~ IS % ж относительное сужение на

аУ1 - 22 %, дУ™3^ 6 %, 40 % по сравнению с

исходным состоянием,

8. Доказана возможность существенного изменения структуры и свойств, сплава ЛГС не только тершческой обработкой, но и путем модифицирования церием и. иттрием ; влияние бора, как модификатора, оказалось менее аффективным. Hps введении£fc,Y,£ измельчена структура и дисперсность ее составлявших, повышена однородность распределения легирующих элементов, изменено соотношение количеств фаз, их морфология; повышены температуры метастабильных переходов, начала окисления, "Ьал1 и » механические свойства. Показано, что природа модифицирования бором отличалась от природы воздействия на.сплав церия и иттрия. Рассмотрены механизмы модифицирования.

9. Разработанные способы термической обработки и модифицирования апробированы и внедрены, с экономическим эффектом при долевом участии автора 30 тыс .руб. Составлены технологические инструкции по термической обработке крупногабаритных заготовок и модифа-

. цированию сплава ЛГС, утвержденные Павлоградским механическим заводом.

Основное йодержание диссертации опубликовано в работах:

1. Шаповалов A.B., Калинина Н.Е. Влияние скорости охлаждения после высокотемпературной термообработки на структуру и свойства двухфазных упрочняемых титановых сплавов // Влияние термической обработки, на свойства титановых сплавов: Тр. I Зсесоюз. конф.-/ Днепропетровск, 1981 /.- Днепропетровск: ЛГУ, 198Г. - 250 с.

2. Сусленкова С.З., Иаченко Т.И., Маркова И.А., Шаповалов A.B. я др. / Термическая обработка лигебиото«^ + -титанового спла-

. ва // Улучшение свойств титановых сплавов и сталей и проблемы использования титановых отходов / Днепропетровский госушгоерситет.-Двепропетровск, 1982.- С. 56 - 64 *

3. Сусленхова СЛ., Русинсвич DJ'., Сельчук А.Н., Шадова-

г?

лов AJî.г Соколов B.C. Структура и свойства литейного титанового сплава система Ti-Аб'Мо-Х'г// Улучшение свойств титаяовых сплавов и сталей и проблемы использования титановых отходов / Днепропетровский госунизерситот,- Днепропетровск., 1982.- С. 99 - 105.

4. A.c. 978610 , ШК? С 22 - Р I/I8. Способ термической обработки высоколегированных, литейных титановых сплавов / Шаповалова О.М., Ивченко Т.И., Суслежсова C.B., Маркова И.А., Шаповалов A.B. и др. - Не публ.

5. A.c. 1157875, ЩИ4 С 22 £'£/18. Способ термической обработки заготовок из титановых сплавов / Шаповалова О.М., Маркова Й.А. Сизько S.A., Шаповалов A.B., Алексахия й.В. - Но публ.

6. A.c. I25I559, МКИ4 С 22 ? I/I8. Способ терлической обработки крупногабаритных полуфабрикатов/ и деталей из оС + ß -титановых сплавов / Шаповалова Q.M., Шевчук Д.И., Шаповалов AJ3., Ко- ' бяков В Л. - Не публ.

7. Шаповалов-A.B., Алуева М.А., Калинин 3JT. Модифицирование литейного двухфазного сплава ITC бором, церием, иттрием // Механизация и повышение эффективности технологических процессов производства отливок металлургического оборудовать; ?р. ху республ. .нау-чво-техн. конф.- Дирпрслогровск: .ШетИ, IS85.- С, 265.

tí. Сусленкова С.З., Ивченко T.iï„ .Шаповалов А.З., Калинина ЕЛИ. Применение термической обработки для повышения уровня свойств литейного титанового сплава ЛТС // Повышение качества металлических конструкционных материалов. Безотходные технологические прсцессц.-Днепропетровск: ДЕ7, ГЭ87.- С. 73-7S.

9. Шаповалов A.B., Калинина Н.Е. Влияние скорости охлавдения после высокотемпературной термообработки на структуру и свойства двухфазных упрочняемых титановых сплавов // Там жз,- С. 250.

Ю. A.c. I5I482I МКЙ4 С 22 F I/I8. Способ термической обработки. крупногабаритных полуфабрикатов а деталей из двухфазных титановых сплавов. / Шаповалова 0J4., Могалевская. Е.В., Золотько Е.В., Шаповалов A.B., Маргалкин А.Н. Бюя. Ж 38 от IS.10.89.

11. A.c. 1616183, MK3Í5 С 22 F I/I8. Способ термической обработка крупногабаритных изделий из двухфазных титановых сплавов / Шаповалов A.B. и др. - Ее публ.

12. A.c. 1552672, ШИ5 С 22 F I/I8. Способ термической обработки высоколегированных титановых сплавов / Шаповалова О.М., Сусленкова C.B., Маркова ЯЛ., Шаповалов A.B. - На публ.

13. Куцова 3.3., Шухио IÍJ3., Шаповалов A.B., Калинин В.Г., Дуд-ко B.C., Льняная Н.Д. Влияние термической обработки на структуру я

IS .

свойства титановых сплавов // Научно-технический прогресс-, в производстве к применении крупногабаритных титановых заготовок: Материала отраслевого научно-технического совещания.- Днепропетровск: НПО "Юкноа", 1989,- С. 47 - 59.

14. Положительное решение В 4722S6I от 30.05.30 г. по заявке "Сплав на основе титана" / Таран Ю.Н., Куцова В.З., Шукис К.З., Белокуров Д.Э., Шаповалов. A.B., Котов Г.Н., Подрезенко Д.И., Пи-рас О.И., Калинин Б .Г.

Подшеаио к печати 22.f7.1031.

Формат 60x81/18. Бумага гипогр. К/ 2. Печать офсотваа. ФИЭ.ВА 1,12. Уч.-«адл 0,72.Усяли1. 1,04, Твраж 100 экз. Зонда 128В. ДСП.

Дкспроаегро&скЕД матоллургячееккв институт, 320005, Днепропетровск, пр. Гагарина, 4

03 ДМетИ, 320005, Лоямакское шоссе. 3-6.