|
Отжиг сварных соединений титановых сплавов состоит из нагрева до температуры рекристаллизации или до температуры фазового превращения, выдержки при за данной температуре и последующего охлаждения (мед ленного с печью, на воздухе или ступенчатого). Отжиг а-титановых сплавов, как правило, отжиг первого роде) поскольку он не связан с фазовыми превращениями. От-жиг а+р-титановых сплавов во всех случаях сопровож-дается изменением соотношения содержания а- и |3-фаз и его следует относить к отжигу второго рода. Отжиг с полной фазовой перекристаллизацией как для основного металла, так и сварного соединения титановых а-, псевдо а- и а+р-сплавов мартенситного типа пока не нашел промышленного применения, поскольку не дает дополнительного улучшения физико-механических свойств. Тем не менее в настоящее время опубликовав ряд работ по применению отжига в р-области с целью повышения вязкости разрушения (K1c) полуфабрикате из титановых сплавов. Для титановых сплавов с а+Я структурой переходного типа и псевдор-сплавов отжиг с фазовой перекристаллизацией находит промышленное применение. Для сварных соединений титановых сплавов применяют полный и неполный отжиг. Отличие неполного отжига от полного заключается в том, что первый произ-водится при более низких температурах и предназначен главным образом для частичного снятия внутренних напряжений в сварных конструкциях, а также для частич-ной стабилизации структуры. Неполный отжиг может быть применен как промежуточная операция в процессе сварки сложной конструкции или как окончательный отжиг. Достоинство неполного отжига состоит в том что его можно осуществлять в печах с воздушной атмосферой без обязательного последующего удаления окалины и загрязненного газами поверхностного слоя ме- Полный отжиг сварных соединений позволяет в значительной степени стабилизировать структуру сварного соединения и полностью снять остаточные напряжения. Поскольку он проводится, как правило, при температурах выше 700° С, его следует осуществлять в печах с защитной атмосферой (аргон, гелий) или в вакуумных печах. Титановые сплавы с a-структурой и псевдоа-сплавы практически не чувствительны к скорости охлаждения после отжига. Двухфазные a+p-сплавы мартенситного типа (ВТ16, ВТЗ-1, ВТ23 и др.) и особенно сплавы переходного типа (ВТ22, ВТ30 и др.), наоборот, весьма чувствительны к скорости охлаждения, и поэтому скорость их охлаждения с температуры отжига регламентируется. Для этого применяют отжиг с последующим охлаждением с печью при регламентированной скорости до определенной температуры, а затем на воздухе или ступенчатый отжиг, который может быть двойным или изотермическим. Двойной отжиг состоит из нагрева до температуры выше температуры рекристаллизации и превращения метастабильных фаз, образовавшихся в результате термического цикла сварки, выдержки, охлаждения на воздухе и последующего нагрева при бо-лее низкой температуре, но достаточной для стабилизации структуры, образовавшейся после первой ступени термообработки, выдержки при этой температуре и охлаждения на воздухе. Изотермический отжиг включает нагрев до температуры выше температур рекристаллизации и превращения метастабильных фаз, образовавшихся при изотермическом цикле сварки, выдержку, перенос сплавов в печь с температурой, достаточной для превращения метастабильных фаз в стабильную а+р-структуру, выдержку и охлаждение на воздухе. В случаях, когда применяют отжиг с последующим охлаждением сплава в печи (двойной или изотермический), температура, с которой начинают охлаждение на воздухе, должна быть столь низкой, чтобы обеспечить достаточную стабильность а-и р-составляющих в сварном соединении не только при эксплуатации сплава при нормальных температурах, но и при его эксплуатации при повышенных температурах. Поэтому режимы отжига для сварных соединений титановых сплавов выбирают, как правило, не только для получения оптимального соотношении характеристик прочности и пластичности, но и для получения их термической стабильности. Поэтому для титановых сплавов в зависимости от их состава, а иногда и от условий работы сварной конструкции выбирают тот или иной вид отжига. Так, например, для получения заданных физико-механических свойств после сварки и отжига псевдо-р-сплавов (ВТ15, ВТ32 и др,) скорость охлаждения с температуры отжига не играет роли. Однако для стабильности сварного соединения в процессе эксплуатации его при повышенных температурах следует проводить отжиг с последующим медленным охлаждением со скоростью не более 2-4 °С/мин.
Несмотря на некоторые особенности сварного соединения, во всех случаях для него применимы общие принципы термической обработки, что и для основного металла.
Время выдержки при отжиге исчисляется с момента нагрева садки. Очевидно, а-сплавы и псевдоа-сплавы во всех случаях отжигаются с последующим охлаждением на воздухе. Указанные режимы термичес- кой обработки обеспечивают сварным Соединениям пол-ное снятие внутренних напряжений и оптимальное соот-ношение прочности и пластичности. Сварные соедине-ния указанной группы сплавов термически стабильны, т. е. могут эксплуатироваться при рабочих температуpax в течение длительного времени без существенного изменения физико-механических свойств. Сварные соединения титановых сплавов с а+р-струк-турой мартенситного типа можно в некоторых случаях отжечь с последующим охлаждением на воздухе, что часто обеспечивает получение оптимальных значений прочности и пластичности, поскольку температуры отжига большинства мартенситных сплавов лежат ниже! критической температуры для данного сплава. В этом случае последующее охлаждение на воздухе не сопро-вождается, образованием мартенсита или по крайней мере больших его количеств, что и обеспечивает сварно-| му соединению достаточно хорошую пластичность по сравнению с пластичностью основного металла. В то же время сварные соединения титановых сплавов мартенситного типа, работающие длительно при по-вышенных температурах, следует отжигать по режимам, обеспечивающим достаточно высокую стабильность структуры, иначе в процессе работы сварные соединения будут терять свою пластичность. Стабилизирующие режимы отжига сварных соединений сплавов мартенсит-ного типа приведены в табл. 7. Здесь следует также отметить, что сварные соедине-ния титановых сплавов ВТ6С и ВТ6, примыкающих по содержанию р-стабилйзирующих элементов к псевдо-а-сплавам, не требуют обязательного стабилизирующего отжига, поскольку распад метастабильных фаз при длительном нагреве не сопровождается значительным дисперсионным упрочнением сварного соединения. Что касается сплава ВТ16, то стабилизирующий отжиг сварного соединения этого сплава требуется как для сохранения термической стабильности сварного соединения в процессе эксплуатации при повышенных температурах, так и для получения оптимального соотноше-ния прочности и пластичности сварного соединения в состоянии после сварки и отжига. Титановые сплавы с ct+p-структурой переходного типа, представителем которых является сплав ВТ22, имеют сварные соединения, которые требуют стабилизирую- щего отжига как для получений оптимальных механических свойств, так и для повышения термической стабильности в процессе длительной эксплуатации при повышенных температурах. Ступенчатый отжиг сплава ВТ22 позволяет в большой степени стабилизировать структуру и свойства его сварного соединения. Сварные соединения псевдор-сплавов ВТ15 и ТС6 непосредственно после сварки имеют хорошее сочетание прочности и пластичности. Последующий отжиг с охлаждением на воздухе позволяет несколько стабилизировать структуру сварных соединений этих сплавов, но не позволяет обеспечить их термическую стабильность при повышенных температурах в процессе длительной работы. В принципе у титановых псевдор-сплавов путем специального отжига можно было бы стабилизировать структуру сварного соединения, однако сплавы ВТ15 и ТС6 содержат большое количество эвтектоидообразую-щего элемента (хрома), и поэтому при стабилизирующем отжиге происходит эвтектоидное охрупчивание металла. Например, у опытного титанового сплава, имеющего марку BT32 (Ti-8,5% Mo- 8,5% V- 1%Сг - 2,5% А1-1 % Fe) и являющегося также псёвдор-спла-вом, сварное соединение можно стабилизировать отжигом по режиму: нагрев до 780о С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью со скоростью 2-4 °С/мин до 300° С, затем на воздухе. У этого сплава сварное соединение после сварки имеет хорошую пластичность, которая сохраняется и после отжига по указанному режиму. Однако если сварное соединение этого сплава непосредственно после сварки склонно при длительном нагреве к охрупчиванию, то после сварки и отжига оно становится термически стабильным и не изменяет своих свойств после длительного нагрева. Для иллюстрации поведения сварных соединений титановых сплавов различного типа при термической обработке приведем некоторые фактические данные. Механические свойства сварного соединения сплава ОТ4 мало изменяются в зави- симости от режима термической обработки. Это объяс- няется тем" что а'-фаза сплавов этого типа по своим механическим свойствам мало отличается от а-фазы Дисперсионное твердение при распаде а'-фазы у этих сплавов незначительно, а количество р-фазы столь мало, что не оказывает заметного влияния на механические свойства сварного соединения. Эвтектоидное превраще- ние сплавов этого типа не обнаруживается при опреде- лении механических свойств или при рентгеноструктур ном или металлографическом анализе. Аналогичным об- разом ведут себя сварные соединения и других псевдо- а-титановых...сш1авол.лри подобной термической обра ботке. Рассмотрим теперь изменение структуры и свойств сварного соединения представителя а+р-титановых сплавов мартенситного типа - сплава ВТ14. У титанового сплава мартенситного типа марки ВТ14 с Кр=0,35 уже наблюдается тенденция к существенному влиянию режима термической обработки на механические свойства сварного соединения. У более легированных р-стабилизирующими элементами мартенситных
титановых сплавов с К$=0,6-0,8 имеет место еще бо-лее значительное изменение механических свойств в зависимости от режимов термической обработки.
|
