ГлавнаяТехнический титан и а-сплавы. Определяющий параметр в формировании структуры прутков из а-сплавов — температура нагрева заготовок. Влияние вытяжки в интервале 3—60 и скорости прессования в интервале 20—150 мм/с на структуру незначительно. Независимо от степени и скорости деформации прессование с нагревом в в-области сопровождается интенсивной рекристаллизацией и образованием крупнозернистой пластинчатой структуры в результате фазовой перекристаллизации при охлаждении (рис. 102). Высокая скорость рекристаллизации в-фазы не позволяет зафиксировать нерекристаллизованную структуру даже при охлаждении прутков в воде. Установлено, что в результате прессования и рекристаллизации технического титана в в-области возникает текстура рекристаллизации <0001>, усиливающаяся с повышением температуры нагрева и возрастанием вытяжки (рис. 103).
Образование компоненты <0001> можно объяснить тем, что при деформации прутков в в-области формируется текстура в-фазы <110>, переходящая в текстуру <0001> а-фазы в соответствии с ориентационным соотношением Бюргерса.
При прессовании в в-области с использованием стеклосмазок и конических матриц не наблюдается существенной структурной неоднородности по длине и сечению прутков. Однако применение плоских матриц может привести к росту зерна в периферийном ободке, что вызывается неравномерностью деформации и рекристаллизации по сечению прутка.
Понижение температуры нагрева до значений, соответствующих а+в-области, сопровождается получением смешанной структуры, состоящей из мелких a-зерен и участков превращенной в-фазы. В этом случае образуется наиболее неравномерная структура по длине и сечению прутков, как правило, измельчающаяся от центра к периферии сечения и от выходного к утяжинному концу.
Заметное изменение типа структуры с крупнозернистой пластинчатой на мелкозернистую достигается при температурах нагрева заготовок не менее чем на 100—150° С ниже температуры полиморфного превращения сплава, т. е. при температурах очага деформации, соответствующих а-области.
Интересно отметить, что полностью подавить процесс рекристаллизации при прессовании технического титана не удается даже при очень низких температурах нагрева заготовок (~ 300° С) с охлаждением прутков в воду.
Вследствие малой чувствительности механических свойств а-сплавов к структуре показатели прочности и пластичности прутков в горячепрессованном и отожженном состояниях слабо зависят от параметров деформации и имеют высокий абсолютный уровень при всех режимах прессования. Можно отметить только наблюдаемое в некоторых случаях возрастание ударной вязкости прутков сплава Ti—5% Al—2,5% Sn с переходом от деформации в a-области к прессованию в в-области. Следовательно, механические свойства не являются решающим фактором при построении технологического процесса изготовления полуфабрикатов из а-сплавов, прессование которых может производиться в широком диапазоне температур, степеней и скоростей деформации.
а+в-Сплавы. В отличие от а-сплавов на формирование структуры прутков из а+в-сплавов существенное влияние оказывает не только температура нагрева заготовок перед прессованием, но также степень и скорость деформации. На рис. 104 показана структурная диаграмма для прутков среднелегированного сплава ВТ8, отражающая степень рекристаллизации в зависимости от температуры нагрева и вытяжки. Скорость прессования в условиях опыта составляла 80—120 мм/с. Волокнистая структура с различной степенью рекристаллизации в а+в-области (рис. 104, область l) отвечает сочетанию параметров, обеспечивающему деформацию металла в очаге при температурах ниже температуры полиморфного превращения. Смешанная частично рекристаллизованная структура, состоящая из участков превращенной в-фазы и мелкодисперсной смеси а- и в-фаз (рис. 104, область 2), получается в том случае, когда температура очага соответствует или близка температуре a+в—в превращения, Рекристаллизованная пластинчатая структура с различной величиной в-зерна (рис. 104, области 3 и 4) образуется при температуре металла в очаге, соответствующей в-области.
Из диаграммы и результатов измерений размеров зерен следует, что максимальная степень измельчения структуры с полным подавлением рекристаллизации в сплаве ВТ8 достигается прессованием с малыми вытяжками (до 10).
Разная степень измельчения структуры при понижении температуры нагрева в зависимости от вытяжки объясняется различной величиной тепловыделения и его влиянием на температуру металла в очаге деформации. Согласно расчетным и экспериментальным данным, при температуре нагрева заготовок сплава ВТ8 ~925°С с увеличением вытяжки от 4,2 до 33,0 температура в очаге деформации возрастает в 1,5—1,7 раза. Тепловой эффект уменьшает влияние снижения температуры нагрева при прессовании с высокими степенями деформации. В этих условиях температура металла в очаге заметно повышается и достигает значений, соответствующих в-области, даже при низких температурах нагрева ~ 800° С.
Данная диаграмма имеет общий характер и может быть распространена на другие двухфазные сплавы титана со сдвигом границ структурных областей в соответствии с разницей в сопротивлении деформированию и температурах а+в—в-превращения сравниваемых материалов. При этом для сплавов типа ВТ22 с низкой температурой а+в—в-перехода ( < 900° С) и сравнительно высоким сопротивлением деформированию области 1 и 2 диаграммы на рис. 104 при прессовании в производственных условиях не реализуются.
В прутках из этих сплавов независимо от параметров прессования может быть получен только один тип структуры, отвечающий деформации в в-области (рис. 105). Снижение температуры нагрева заготовок с 1200 до 800° С вызывает заметное измельчение зерна и усиливает распад в-раствора при охлаждении. При одинаковых температурах нагрева и вытяжках степень распада в-фазы уменьшается с уменьшением толщины сечения.
Влияние скорости прессования на структуру существенно только при деформации в a+в-области с вытяжками более 10 и незначительно в условиях нагрева заготовок в в-области. Эксперименты на прутках сплава ВТ8 показали, что температура изделия уменьшается с понижением скорости прессования (рис. 106). При снижении температуры металла в очаге деформации наблюдается интенсивное измельчение структуры с переходом от пластинчатой, рекристаллизованной в в-области, к волокнистой и уменьшение структурной неоднородности. Равномерная по длине и сечению прутка волокнистая структура образуется только при скоростях прессования менее 20—30 мм/с. На рис. 107 показан наиболее часто встречающийся при прессовании двухфазных сплавов вид структурной не однородности по длине изделий.
Для всех двухфазных сплавов характерно увеличение прочностных свойств (на 2— 7 кгс/мм2) в горячепрессованном состоянии при понижении температуры нагрева, особенно при переходе из р- в a+в-область, и при возрастании вытяжки (рис. 108, 109). Это вызвано измельчением структуры и торможением процесса рекристаллизации.
Зависимость пластических свойств прутков от параметров прессования определяется составом сплава и наиболее ярко выражена для показателей поперечного сужения. Максимальная пластичность, как и во многих других видах полуфабрикатов, достигается при получении волокнистой или смешанной структуры, т. е. при сочетании параметров, обеспечивающих деформацию в очаге при температурах a+в-области, Влияние структуры, образующейся при прессовании, на служебные свойства прутков подчиняется ранее описанным общим закономерностям. При прессовании сплавов критического состава (ВТ22) любое изменение параметров деформации, вызывающее усиление распада в-раствора (снижение температуры нагрева заготовок, увеличение диаметра прутка или вытяжки), приводит к падению пластичности в горячепрессованном состоянии (рис. 109, а).
Термообработка не влияет на характер зависимостей свойств прутков из a+в-сплавов от температуры деформации.
В отличие от среднелегированных сплавов уровень прочности прутков сплава ВТ22 в термообработанном состоянии слабо зависит от параметров деформации (см. рис. 109). Повышенные значения пластичности термообработанных прутков сплава ВТ22 получаются после прессования при температурах, близких к нижней границе в-области, что обеспечивается структурой, состоящей в горячепрессованном состоянии из в-зерен с большой плотностью дислокаций и тонкопластинчатых выделений а-фазы.
в-сплавы. Наиболее подробно исследовано влияние температуры нагрева заготовок на структуру и свойства прутков из сплавов В120 VCA и ВТ15. В связи с низкими температурами полиморфного превращения (< 800° С) прессование этих сплавов возможно только в в-области и сопровождается активной рекристаллизацией. Величина p-зерна уменьшается с понижением температуры нагрева и слабо зависит от вытяжки (рис. 110). Для сплава ВТ15 не установлено существенного влияния параметров деформации на структуру и свойства прутков в горячепрессованном состоянии (ов=90/94 кгс/мм2; w=60/70%).
Данные по влиянию параметров прессования на структуру и свойства в-сплавов в термоупрочненном состоянии противоречивы. На сплаве В120 VCA показано, что наиболее грубые выделения a-фазы с локализацией их внутри зерна и минимальные значения предела прочности после старения горячепрессованных образцов при 480° С в течение 24 ч соответствуют прессованию при 1120° С. Прутки, отпрессованные при других температурах в интервале 930—1200° С, имеют одинаковый уровень прочностных свойств и характеризуются более однородным и тонким распадом в-раствора. Пластические свойства прутков понижаются при повышении температуры нагрева заготовок.
Закалка и старение прессованных образцов сплава BT15 не всегда приводят к упрочнению металла, что может быть вызвано очень медленным протеканием процессов распада в рекристаллизованных зернах в-фазы при старении.
