Главная
Новости
Статьи
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон





















Яндекс.Метрика

Дефекты структуры полуфабрикатов


Дефекты структуры полуфабрикатов из титановых сплавов, представляющие собой несовершенства структуры металла, весьма разнообразны по своей природе, форме, размерам и распределению. He все несовершенства структуры являются недопустимыми дефектами. К ним относятся лишь такие дефекты, которые в конкретных условиях работы детали делают ее неработоспособной или значительно снижают срок ее службы. Одни и те же дефекты, недопустимые в одних условиях эксплуатации, могут быть допустимы в других условиях.
Основные дефекты структуры титановых полуфабрикатов можно разделить на следующие группы:
1. Включения тугоплавких металлов (молибдена, циркония, карбида вольфрама и др.), вносимых с шихтовыми материалами и не расплавившихся вследствие особенностей вакуумно дуговой плавки, более высокой, чем у титана, температуры плавления и большей плотности. Они имеют отличающуюся от титана микроструктуру, травимость, микротвердость и хорошо выявляются при ультразвуковом контроле и рентгеновском просвечивании.
2. Неметаллические включения белого цвета, значительно обогащенные кислородом и азотом, а также включения темного цвета, обогащенные водородом (гидриды).
Источниками образования кислородно-азотных включений являются горелые и окисленные частицы губки, шлаковые кусочки лигатуры, неочищенные или некондиционные отходы. Гидриды образуются в основном при нагреве и травлении титановых сплавов.
3. Зональная разнозернистость, обусловленная зональной ликвацией легирующих элементов, неоднородностью пластической деформации и неравномерностью температуры по сечению при деформации заготовок.
4. Аномальные структурные зоны деформационно рекристаллизационного происхождения, представляющие собой либо участки с крупнозернистой структурой на фоне мелкозернистой, либо, наоборот, области с мелкозернистой структурой на фоне крупнозернистой. Образованию таких зон, как и других видов структурной неоднородности, способствует неоднородность химического состава в микрообъемах.
5. Зоны аномальной травимости, отличающиеся от основного металла химическим составом и образующиеся при падении в жидкую ванну конденсата, при оплавлении огарков из другого сплава, отклонениях в составе шихты и т. д.
6. Грубые выделения a-фазы, возникающие при длительном нагреве металла при температурах а+в-области и характеризующиеся очень крупными (до 20—30 мкм) зернами а-фазы.
7. Полосчатость, проявляющаяся в виде вытянутых в направлении течения зерен, находящихся в структуре равноосного или пластинчатого типа.
Дефекты первых двух групп, имеющие в основном литейное происхождение, подробно рассмотрены в работе. По этой причине, а также в связи с тем, что в последние годы благодаря существенным усовершенствованиям в технологии подготовки и составе шихты, технике плавки и методах контроля, возможности появления таких дефектов в полуфабрикатах практически исключены, в данном разделе будут охарактеризованы только дефекты пяти остальных групп.
Примеры типичной зональной разнозернистости структуры полуфабрикатов из титановых сплавов приведены на рис. 42. Одной из ее причин, как уже было отмечено, является неравномерность пластической деформации, связанная с наличием зон затрудненной деформации на поверхности контакта деформируемого металла с инструментом, а также неравномерность температуры по сечению деформируемых заготовок вследствие захолаживания поверхностных слоев и разогрева внутренних.


Характер зональной разнозернистости деформационного происхождения в первую очередь зависит от способа и режима деформации, а также от исходной структуры деформируемой заготовки. Так, например, в структуре прессованных прутков и профилей нередко имеется более мелкозернистый ободок.
В поверхностных зонах штамповок, особенно изготавливаемых из заготовок с крупнозернистой структурой, напротив, как правило, наблюдается более крупнозернистая структура (рис. 42, с). Вместе с тем более крупная структура может образоваться и в зонах интенсивной деформации штамповок, в которых деформационный разогрев металла больше, чем в приконтактных поверхностных областях (рис 42, в).
Более подробно характерные для каждого вида полуфабрикатов типы зональной неоднородности структуры будут рассмотрены в следующих главах. Там же будет показано, что неоднородность структуры приводит к неоднородности механических свойств в объеме полуфабрикатов. Поэтому на практике принимаются специальные меры, позволяющие уменьшить неоднородность деформации и повысить равномерность структуры.
Четвертая группа дефектов имеет локальный характер (рис. 43).

Наиболее обстоятельные исследования подобных дефектов в титановых сплавах выполнены И.Н. Кагановичем, З.Ф. Зверевой и Ю.И. Потапенко. В соответствии с полученными ими данными такие зоны образуются в случае проведения деформации при температурах, близких к температуре полного полиморфного превращения сплава. Их образованию могут способствовать локальные разогрев и охлаждение металла в процессе деформации, а также даже небольшая локальная неоднородность химического состава.
Вместе с тем возникновение аномальных структурных зон возможно и при отсутствии химической неоднородности тогда, когда в рекристаллизованной структуре по каким-то причинам остаются отдельные нерекристаллизованные участки.
В отличие от зон аномальной структуры зоны аномальной травимости весьма значительно отличаются от основного металла по химическому составу, и, как следствие этого, имеют пониженную или повышенную травимость. Такие дефекты выявляются только при макроконтроле. Исследования, проведенные Н.Ф. Аношкиным, Г.С. Андреевой и В.В. Тетюхиным, позволили установить, что зоны пониженной травимости (светловины) наиболее характерны для а+в-сплавов (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9 и др.). Встречаются следующие разновидности зон:
1. Обедненные легирующими элементами, а нередко даже близкие по составу, микротвердости и структуре к чистому титану (рис. 44, табл. 12).
2. Соответствующие по составу основному металлу или обедненные легирующими элементами, но имеющие повышенное содержание газовых примесей (рис. 45, табл. 12).
3. Обогащенные a-стабилизирующими элементами, в частности алюминием (рис. 46, табл. 12).

Соответственно свойства этих включений отличаются от свойств основного металла в ту или иную сторону. Так, например, микротвердость включений, представленных на рис. 44 и обедненных легирующими элементами, почти на 30% ниже, чем основного металла (255 вместо 332 кгс/мм2). Светлые полосы, обнаруженные в сплаве марки ВТ3-1, обедненном железом, молибденом, алюминием и не содержащем хрома, по микротвердости также значительно мягче, чем основной металл (273 вместо 360 кгс/мм2). Вместе с тем зоны пониженной травимости, показанные на рис. 45 и образовавшиеся из загрязненной зоны сварки электродов, имеют почти на 600 кгс/мм2 выше микротвердость, чем основной металл, при одинаковом или более низком содержании легирующих элементов (табл. 12), что является следствием повышенного содержания кислорода в этих зонах.

Зоны повышенной травимости, имеющие темный цвет, по химическому составу отличаются от основного металла повышенным содержанием молибдена и пониженным содержанием алюминия (рис. 47). Их микротвердость либо равна, либо больше микротвердости основного металла. Так, микротвердость зоны повышенной травимости штамповок из сплава ВТ8 составила 344—406 кгс/мм2 (при 2,5—3,2% Al и 2,0—2,1% Mo), микротвердость основного металла 354—473 кгс/мм2 (при 4,4—4,6% Al и 0,4—0,8% Mo). Температура полиморфного превращения (Тпп) темных зон ниже, чем основного металла. Соответственно их микроструктура даже после a+в-деформации нередко имеет пластинчатый характер, в связи с чем эти зоны нередко называют в-всплесами.
В результате ряда технологических мероприятий брак по зонам аномальной травимости в последнее время практически устранен.



Одним из видов структурной неоднородности в полуфабрикатах из титановых сплавов являются грубые выделения a-фазы (рис, 48). По данным, приведенным в работе, их образование обусловлено местным обогащением металла кислородом в процессе плавки или нагрева. Однако И.Н. Каганович с сотрудниками установил, что в основном структурная неоднородность такого типа не связана с дефектами металлургического происхождения, а обусловлена термомеханическими режимами деформирования. Действительно, изучая влияние режимов нагрева на структуру различных полуфабрикатов из титанового сплава ВТ9, авторы показали, что огрубление a-фазы происходит в результате длительного нагрева металла при температурах двухфазной области.

Наиболее часто такое огрубление структуры наблюдается в зонах затрудненной деформации, приводя к усилению структурной неоднородности, заключающейся в образовании a-фазы, отличающейся по форме, размерам и плотности распределения. Это, по-видимому, связано с различной рекристаллизационной способностью объемов металла, претерпевших различную деформацию, поскольку после равномерной деформации процесс коагуляции a-фазы протекает относительно равномерно. Форма огрубленной a-фазы, как правило, не изменяется при нагреве и зависит от формы исходной a-фазы. Вместе с тем в структуре пластинчатого типа при больших выдержках нередко наблюдается расщепление отдельных пластин на кристаллиты меньшей длины.
Микрорентгеноспектральные исследования, проведенные авторами, показали, что содержание легирующих элементов (Mo, Fe, Zr и др.) в a-фазе не изменяется при ее коагуляции. Вместе с тем в ряде случаев было обнаружено, что грубые составляющие a-фазы крайне неоднородны по составу. Это может быть связано либо с исходной химической неоднородностью, способствующей усилению неоднородного огрубления а-частиц, либо с перераспределением легирующих элементов в процессе длительных выдержек, приводящим к обогащению а-фазы а-стабилизаторами и обеднению ее в-стабилизаторами.

Влияние грубых выделений а-фазы на механические свойства титановых сплавов неоднозначно. По результатам большинства исследований они практически не влияют на предел прочности, пластичность, ударную вязкость и другие характеристики, но нередко снижают усталостные свойства. В то же время коагуляция а-фазы может привести к повышению жаропрочности и термической стабильности, а также снижению анизотропии механических свойств, полуфабрикатов с исходной мелкозернистой структурой глобулярного и особенно волокнистого типа.
Неоднозначность полученных экспериментальных данных свидетельствует о разном происхождении и разных условиях образования грубых выделений а-фазы, для выяснения которых необходимы дальнейшие исследования. В производственной практике структуру с грубыми выделениями a-фазы обычно считают недопустимой.
Последним видом дефектов структуры, рассматриваемых в данном разделе, является полосчатость. Впервые полосчатость наблюдали в горячекатаных листах из сплавов ВТ5, ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-2 и ВТ4. Она нередко встречается и в других полуфабрикатах, особенно в профилях и штамповках.
Из экспериментальных данных, полученных Ю.И. Потапенко и С.И. Селицкой, следует, что к возникновению полосчатости может привести как химическая неоднородность, так и неоднородность деформации в процессе изготовления полуфабрикатов. В том и другом случае формирование структуры полосчатых зон происходит при температурах ниже температур перекристаллизации и рекристаллизации. Только в первом случае это обычно результат обогащения полосчатых зон а-стабилизаторами (алюминием или элементами внедрения), а во втором — неодинаковых условий пластической деформации в соседних микрообъемах вследствие различий в характере течения металла и различий в их температуре. Так, линии интенсивного течения (рис. 49) возникают вследствие неравномерной деформации в различных зонах штамповок, одной из причин которой может быть, например, неправильный выбор места разъема штампов. Образование линий интенсивного течения приводит к анизотропии механических свойств. Чтобы исключить их образование, необходим правильный выбор заготовки под штамповку, конструкции штампов и технологических переходов.
Полосчатость деформационного происхождения в сортовом прокате образуется в результате захолаживания поверхностных слоев металла при интенсивном течении центральных слоев.
Возникновение полосчатости в толстом листовом прокате обусловлено неоднородностью деформации по толщине листа и, как следствие этого, неравномерностью протекания рекристаллизационных процессов. Устранению или уменьшению такой полосчатости способствуют промежуточные подогревы в процессе прокатки при температурах в или а+в-области.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: