Технология термической обработки детали лонжерон выполненного из сплава ВТ20 в условиях термического цеха, страница 6

Железо. Растворимость железа в α-Ti при комнатной температуре очень мала, при эвтектоидной температуре не превышает 0,5%. Железо - один из самых сильных β-стабилизаторов и для фиксации 100% β-структуры закалкой достаточно 6% Fe. Сплавы Ti-Fe термически нестабильны, и β-твердый раствор может распадаться даже при комнатной температуре. В нелегированном (техническом) титане небольшое количество железа может вызвать локальные выделения β-фазы, что в некоторых случаях снижает коррозионную стойкость, а также способствует возникновению хладноломкости при криогенных температурах. Благодаря сильному упрочняющему действию железо используется в некоторых титановых сплавах как легирующая добавка обычно в количествах 0,5-1,5%, хотя известен сплав на основе β-структуры, содержащий 5% Fe, 8% V и 1% А1. Иногда можно вместо сравнительно дорого ванадия использовать дешевый феррованадий.

Азот - вредная примесь в титановых сплавах, существенно снижающая пластичность, поэтому его содержание в техническом титане и титановых сплавах жестко регламентируется 0,04-0,05%. Некоторое применение находит азотирование для повышения износостойкости.

Кислород - вредная примесь, вызывающая хрупкость титана, вместе с тем при содержании кислорода до 0,1-0,2% его можно рассматривать как естественную легирующую добавку, определяющую уровень прочности технического титана и всех промышленных титановых сплавов. В отличие от азота кислород – более мягкий упрочнитель α-Ti и его содержание в допустимых пределах обеспечивает не только необходимый уровень прочности, но и достаточно высокую пластичность. Более низкий предел содержания кислорода <0,1 % требуется лишь в некоторых специальных сплавах (например, для криогенной техники). В отличие от водорода кислород, как и азот, нельзя удалить из титана вакуумным отжигом. Попытки снизить содержание кислорода в титановых сплавах металлургическим путем успеха не имели в виду очень сильного химического сродства титана к кислороду. Это затрудняет использование титанового лома и отходов при выплавке титановых сплавов ответственного назначения.

Углерод относится к вредным примесям в титановых сплавах, так как уже при >0,2% С образуются очень твердые карбиды, снижающие ударную вязкость и затрудняющие механическую обработку. Для жаропрочных титановых сплавов может представлять интерес легирование углеродом в пределах его растворимости в α-Ti.

Алюминий. В интервале концентраций 5-25% А1 установлено существование упорядоченной α₂-фазы (Ti₃Al) взамен ранее предполагаемой области α-твердого раствора. Именно эта фаза вызывает потерю термической стабильности при содержании алюминия >6-8%.

Сплав марки ВТ20 основан на системе Ti-А1-Zr-Mo-V. Содержание β-стабилизирующих элементов (Мо и V) в нем весьма невелико. Это сплав на основе α-структуры с небольшим количеством β-фазы (3-5%). При этом количество β-фазы таково, что сплав имеет все основные свойства и преимущества однофазных сплавов с α-структурой (хорошая свариваемость и высокая термическая стабильность), однако β-фаза вносит некоторые новые положительные качества (Повышение прочности и жаропрочности при умеренных температурах без значительного снижения пластичности), отличающие сплав этого типа от сплавов с α-структурой.

Присутствие в сплаве ВТ20 примесей замещения в количествах, оговоренных в ГОСТ, до 0,15% Si и до 0,30 Fe не оказывает практического влияния на свойства сплава при растяжении. Наиболее заметное влияние на свойства сплава оказывает содержание элементов внедрения – кислорода и азота. С увеличением содержания азота в сплаве характер микроструктуры сплава не меняется: основу сплава составляет α-фаза с небольшим количеством β-фазы. С увеличением содержания азота количество α-фазы возрастает. Довольно высокое содержание алюминия обеспечивает значительную прочность и жаростойкость этого сплава.