Двухфазными областями

В процессе эксплуатации авиационных ГТД случаи малоциклового усталостного разрушения двухфазных титановых дисков разных ступеней компрессоров имеют повторяющийся характер. Отличительной особенностью эксплуатационных разрушений титановых дисков в области МЦУ является возможность раздельной или совместной реализации при одинаковых условиях нагружения вязкого внутризеренного и хрупкого межсубзерен-ного механизма разрушения материала с формированием соответственно бороздчатого и фасеточного рельефа излома. При этом кинетические параметры разрушения, характеризующие рост трещины при реализации только одного механизма, могут изменяться от диска к диску в несколько раз, а при разных механизмах интервал наблюдаемых скоростей даже в пределах одного диска может достигать порядка и более. При таком разнообразии возможных реакций титановых сплавов на однотипное внешнее воздействие при оценках длительности эксплуатационных разрушений дисков главное значение приобретает точность определения соответствия того или иного числа элементов излома в виде усталостных бороздок одному ПЦН.

прочности и структурная неоднородность двухфазных титановых сплавов. —

в двухфазных титановых сплавах довольно значительна. Присутствие избы-

20. Кадыкова Г. Н. Управление структурой двухфазных титановых сплавов при термической обработке// МИТОМ. 1984. № 5. 53 с.

Закалка р-титана, в результате которой образуется мартенсит, по-видимому, не имеет практического значения для обработки двухфазных титановых сплавов. Повышение твердости и прочности, происходящее вследствие образования мартенсита, весьма невелико по сравнению с упрочнением, наблюдаемым в мартенситных сталях. Кроме того, термическая обработка сплавов на основе титана с нагреванием до температуры полного перехода сплава в р-область должна проводиться в инертной атмосфере или в вакууме для предотвращения охрупчивания и загрязнения сплава кислородом н азотом.

Примесь водорода мало влияет на механические свойства нелегированного титана при растяжении, но она очень резко ухудшает ударную вязкость металла. Хотя при повышенных температурах водород хорошо растворяется в титане, при температурах ниже 300 его растворимость резко уменьшается. В результате этого при комнатной температуре происходит выделение гид ридной фазы TiH. Присутствие в структуре титана этой фазы, количество которой зависит непосредственно от количества примеси водорода, является причиной резкого снижения ударной вязкости. Растворимость водорода в двухфазных титановых сплавах довольно значительна. Присутствие избыточного водорода в количестве 0,015- 0,020% приводит к медленному охруп-чиванию Гюльшинства сплавов на основе ы-титана.

2. Упрочнение за счет образования твердых растворов действительно, по А. А. Бочвару, до температур 0,5— 0,6 Гпл, что для титана соответствует 700—890° С. Практическим примером однофазного сплава типа а-твердого раствора является сплав ВТ5-1 (5% А1; 2,5% Sn), почти нечувствительный к упрочняющей термической обработке. Можно считать, что жаропрочность двухфазных титановых сплавов типа а+3 также основана на упрочнении путем образования твердых растворов, поскольку такие сплавы в большинстве случаев применяются после гомогенизирующего отжига и представляют собой смесь двух твердых растворов разной концентрации с одинаковым (а+а') или различным (сс+Р) типом кристалличсс-

При сравнительной оценке различных легирующих добавок к титану для получения жаропрочных сплавов основным вопросом является влияние добавляемых элементов на температуру полиморфного превращения титана. Процесс полиморфного превращения любого металла, в том числе и титана, характеризуется повышенной подвижностью атомов и, как следствие, снижением в этот момент прочностных характеристик наряду с повышением пластичности. В случае двухфазных титановых сплавов это положение хорошо подтверждается при построении так называемых закалочных кривых (см. рис. 79) для жаропрочного титанового сплава ВТЗ-1, Из диаграммы видно, что при температуре закалки 850° С резко снижается предел текучести и меньше— прочность. Поперечное сужение и относительное удлинение при этом достигают максимума. Объясняется это аномальное явление тем, что стабильность р-фазы, зафиксированной при закалке, может быть различной в зависимости от состава ее, а последний определяется температурой закалки. При температуре 850° С фиксируется настолько нестабильная р-фаза, что ее распад можно инициировать приложением внешней нагрузки при комнатной температуре (т. е. в процессе испытания образцов на растяжение). В результате сопротивление металла действию внешних сил значительно снижается. Исследованиями последних лет установлено, что наряду с метастабильной р-фазой в этих условиях фиксируется пластичная фаза, имеющая тетрагональную ячейку и обозначаемая а".

в процессе старения двухфазных титановых сплавов

Следовательно, при старении закаленных двухфазных титановых сплавов образуются продукты распада мета-стабильных а'-, а"- и р-фаз, структура которых зависит от состава сплава, температуры закалки и других факторов.

М. И. Ермоловой и О. П. Солониной удалось показать с помощью рентгеноструктурного анализа, что минимум предела текучести в двухфазных (а+р)-титановых сплавах обусловлен фиксированием при закалке из a-f-p-об-ласти а"-фазы мартенситного типа. Присутствие этой фазы характерно не только для сплавов с высоким содержанием молибдена [60], но и для других двухфазных титановых сплавов при соответствующей температуре закалки. Фаза а" обнаружена на рентгенограммах по раздвоению дифракционных линий a-Ti, обладающих различными индексами /г и /г, отсутствию раздвоения линии с индексами (00/) при определенной концентрации и снижению твердости, несмотря на увеличение содержания р-стабшшзаторов.

На основании этого можно предположить, что Gd и Рг при высоких температурах образуют непрерывные ряды р твердых растворов, а при более низких температурах — непрерывные ряды а твердых растворов. При температурах ниже -750 °С образуется промежуточная фаза со структурой типа «Sm, как и в других системах между легкими и тяжелыми лантанидами. Вследствие близости строения и атомных радиусов растворы Рг и Gd близки к идеальным, поэтому на диаграмме состояния системы Gd—Рг (рис. 377) линии ликвидуса и солидуса, так же как и линии сольвуса, почти сливаются в прямые, соединяющие температуры плавления и превращения Рг и Gd с узкими двухфазными областями между ними.

94 % (ат.) Но. Вследствие отклонения растворов от идеальных линии ликвидуса, солидуса и сольвуса изображены в виде кривых с узкими Двухфазными областями 1].

Можно предположить, что Но образует с pSm непрерывные ряды ГПУ твердых растворов. Вследствие близости строения растворы должны быть почти идеальными, поэтому линии ликвидуса—солидуса и две линии сольвуса должны практически сливаться в две прямые линии с узкими двухфазными областями между ними. Но вблизи температуры плавления в отличие от большинства редкоземельных металлов не имеет высокотемпературный ОЦК фазы [1], однако в жидком состоянии при температуре 1485 "С он испытывает изменение ближнего порядка Жгпу *» ЖО1дК [2]. Это позволяет провести прямую ликвидус—сольвус, соединяющую температуры превращений Но при 1485 "С и Sm при 922 °С. Полученная таким образом диаграмма состояния Но—Sm относится к перитектическому типу с пери-тектической точкой при температуре 1450 °С и концентрации 5 % (ат.) Sm (рис. 540). Область ОЦК растворов на основе ySm простирается от 5 до 100 % Sm. Сплавы, содержащие до 5 % Sm, плавятся, сохраняя ГПУ ближний порядок, который при дальнейшем нагреве сплавов переходит в ОЦК ближний порядок. В aSm растворяется до 19-25 % (ат.) Но.

На этом основании следует считать, что Pm и Pr образуют непрерывные ряды твердых растворов. Вследствие близости электронного строения растворы являются идеальными, и поэтому линии ликвидуса-солидуса и две линии сольвуса сливаются в прямые с очень узкими двухфазными областями между ними. Построенная на этой основе диаграмма состояния Pm-Pr приведена на рис. 436.

Близость электронного и кристаллического строения Рт и Y должны приводить к образованию непрерывных рядов твердых растворов со структурой ОЦК между высокотемпературными модификациями и со структурой ГПУ между низкотемпературными модификациями. Вследствие малого различия параметров решеток и атомных размеров растворы близки к идеальным, и линии ликвидуса-солидуса и сольвуса мало отклоняются от прямых, соединяющих температуры плавлений и превращений Рт и Y. На предлагаемой фазовой диаграмме (рис. 441) эти линии разделены узкими двухфазными областями. При температурах ниже 750 °С появляется промежуточная фаза (б) типа aSm по аналогии с известными системами Nd-Tb, Nd-Y.

Пересекающиеся на рис. 6 кривые АС и CF представляют границы между гомогенной областью « -фазы и двухфазными областями (« + жидкость) и (а + р). В качестве общего правила можно указать, что во всех случаях, где такое пересечение имеется в какой-либо части диаграммы равновесия (точка С), кривые, если их экстраполировать за точку пересечения, должны пройти в двухфазную область, как указано пунктирными линиями на рис. 6. Можно показать (см. ниже), что проходящая при экстраполяции в гомогенную а-область кривая, подобная FC на рис. 7(а), невозможна. Точнее говоря, это правило применимо только к той части линии FC, которая находится в непосредственной близости от точки С, так что кривая, изображенная на рис. 7 (б), возможна, хотя и мало вероятна.

но во впадине. В последнем случае изотермическое сечение, проходящее при температуре /3 (ниже, чем четырехфазная реакция, но выше минимума на ликвидусе при Z), будет иметь вид, показанный на рис. 217. Выше точки Z оказывается последняя остающаяся жидкость, которая ограничена двухфазными областями (Л+жидкость) и (В + жидкость). Между жидкостью и стороной АВ треугольника лежит трехфазная область (Л+В+жидкость) и двухфазная область (А+В), в то время как имеются также

Предположим, что микроскопическим методом установлены границы Х/(Х+А) и Y/Y+A), представленные линиями cd и и ef на рис. 228, и что При передвижении вдоль ef У-фаза становится более стабильной, в то время как в области df травлением нельзя ясно дифференцировать фазы X и Y. В этом случае более эффективно применение рентгеновских методов. С этой целью должны быть проведены эксперименты с высокотемпературной камерой на образцах, составы которых простираются через диаграмму от фазы X к Y. Эти опыты могут показать, что упорядоченная фаза X и неупорядоченная фаза Y существуют каждая в ограниченной области на диаграмме и что имеется промежуточная двухфазная область (X+Y). В этом случае, как показано на рис. 231, а, должен тоже существовать трехфазный треугольник (A+X+Y), который граничит с двухфазными областями (А + X) и (А + Y). В соответствии с этим можно ожидать изменения в направлении границы Л-твер-дого раствора там, где она касается вершины треугольника. После такого предположения должны быть сделаны повторные попытки подобрать реактивы для травления с целью разделить фазы X и Y. Если это окажется невозможным, то должно быть проведено тщательное изучение вида кристаллов, ряда сплавов, выбранных на основании данных рентгеновского анализа, составы которых располагаются в области (А + Х) и переходят в область (А + X + Y). Если, например, мы рассмотрим сплавы, обозначенные /, 2, 3, 4 и 5 на рис. 23, в, то для многих систем будет найдено, что тогда как сплавы 1, 2 и 3 дают структуры одного типа, в трехфазных сплавах 4 и 5 будут существовать кристаллы иного вида и размера.

Пересекающиеся на рис. 6 кривые АС и CF представляют границы между гомогенной областью « -фазы и двухфазными областями (« + жидкость) и (а + р). В качестве общего правила можно указать, что во всех случаях, где такое пересечение имеется в какой-либо части диаграммы равновесия (точка С), кривые, если их экстраполировать за точку пересечения, должны пройти в двухфазную область, как указано пунктирными линиями на рис. 6. Можно показать (см. ниже), что проходящая при экстраполяции в гомогенную а-область кривая, подобная FC на рис. 7(а), невозможна. Точнее говоря, это правило применимо только к той части линии FC, которая находится в непосредственной близости от точки С, так что кривая, изображенная на рис. 7 (б), возможна, хотя и мало вероятна.

но во впадине. В последнем случае изотермическое сечение, проходящее при температуре /3 (ниже, чем четырехфазная реакция, но выше минимума на ликвидусе при Z), будет иметь вид, показанный на рис. 217. Выше точки Z оказывается последняя остающаяся жидкость, которая ограничена двухфазными областями (Л+жидкость) и (В + жидкость). Между жидкостью и стороной АВ треугольника лежит трехфазная область (Л+В+жидкость) и двухфазная область (А+В), в то время как имеются также

Предположим, что микроскопическим методом установлены границы Х/(Х+А) и Y/Y+A), представленные линиями cd и и ef на рис. 228, и что При передвижении вдоль ef У-фаза становится более стабильной, в то время как в области df травлением нельзя ясно дифференцировать фазы X и Y. В этом случае более эффективно применение рентгеновских методов. С этой целью должны быть проведены эксперименты с высокотемпературной камерой на образцах, составы которых простираются через диаграмму от фазы X к Y. Эти опыты могут показать, что упорядоченная фаза X и неупорядоченная фаза Y существуют каждая в ограниченной области на диаграмме и что имеется промежуточная двухфазная область (X+Y). В этом случае, как показано на рис. 231, а, должен тоже существовать трехфазный треугольник (A+X+Y), который граничит с двухфазными областями (А + X) и (А + Y). В соответствии с этим можно ожидать изменения в направлении границы Л-твер-дого раствора там, где она касается вершины треугольника. После такого предположения должны быть сделаны повторные попытки подобрать реактивы для травления с целью разделить фазы X и Y. Если это окажется невозможным, то должно быть проведено тщательное изучение вида кристаллов, ряда сплавов, выбранных на основании данных рентгеновского анализа, составы которых располагаются в области (А + Х) и переходят в область (А + X + Y). Если, например, мы рассмотрим сплавы, обозначенные /, 2, 3, 4 и 5 на рис. 23, в, то для многих систем будет найдено, что тогда как сплавы 1, 2 и 3 дают структуры одного типа, в трехфазных сплавах 4 и 5 будут существовать кристаллы иного вида и размера.