|
Изготовление сварных конструкций из термически упрочняемых титановых сплавов представляет многочисленные технологические трудности. При закалке крупногабаритных нежестких деталей или конструкций наблюдаются значительные поводки; которые весьма трудно, а в некоторых случаях и невозможно устранить; большие по объему сварные конструкции вообще трудно переносить в закалочную среду; в процессе нагрева под закалку и при переносе в закалочную среду тонколистовая конструкция окисляется, если даже ее нагрев проводить в печах с защитной атмосферой; образовавшуюся в результате нагрева окалину нужно удалять, что сопряжено с рядом трудностей, а иногда вообще невозможно (например, травление конструкций, имеющих нахлесточные соединения, выполненные точечной или роликовой сваркой); удаление окалины химическим методом сопровождается наводораживанием термически упрочняемых сплавов, которые содержат большое коля* чество ^-стабилизирующих элементов; сборка конструкции путем сварки из закаленных элементов с последующим старением всей конструкции, как правило, не обеспечивает оптимальных механических и эксплуатационных свойств сварных соединений, поскольку термический цикл сварки создает довольно неопределенное состояние шва и переходной зоны, зависящее от ряда трудно учитываемых факторов.
Перечисленные выше обстоятельства и являются основными факторами, сдерживающими освоение листовых термически упрочняемых сплавов в сварных конструкциях.
В связи с изложенным выше нами изыскивались специальные режимы упрочняющей термической обработки титановых сплавов,
позволяющие обрабатывать крупногабаритные сварные конструкции в защитной атмосфере.
Для этой цели наиболее перспективными являются высоколегированные Р-стабилизирующими элементами титановые сплавы, имеющие р-фазу с повышенной стабильностью.
Так, на сплаве ВТ16 с Ка =0,8 был обнаружен эффект упрочнения как основного металла, так и сварного соединения при определенной скорости охлаждения с температуры отжига.
С увеличением скорости охлаждения до 4--8о С/мин и выше на-блюдается непрерывное повышение предела прочности и снижение характеристик пластичности у сплава ВТ16. При скоростях охлаждения в пределах 12-17о С/мин удается повысить прочность сплава ВТ16 с 85 кгс/мм2 в отожженном состоянии до 105 кгс/мм2 и выше После упрочняющей термической обработки такого типа. Предложенный способ упрочняющей термической обработки оказался эффективным при изготовлении сотовых конструкций с помощью сварки, пайки и диффузионного сращивания. Достаточно было выполнить операции пайки или диффузионного отжига, проводимые, как правило, при температурах около 900° С, и охладить сотовую конструкцию в печи или контейнере со скоростью ~15о С/мин, как ее прочность (как основного металла, так и сварного соединения) повышалась до 105 кгс/мм2 и выше. При таком технологическом процессе легко обеспечить защиту садки от окисления с помощью инертных газов или вакуума.
Соотношение прочности и пластичности при этом виде упрочняющей термической обработки примерно такое же, как и при закалке и старении.
Механизм упрочнения при таком виде термической обработки состоит в том, что у титановых сплавов с а+р-структурой опреде-ленного состава (с определенным количеством р-фазы) при некоторых скоростях охлаждения происходит распад метастабнльных фаз с образованием дисперсных частиц а- и р-составляюших, что и ведет к упрочнению сплава. В этом случае скорость охлаждения данного сплава такова, что не происходит фиксации метастабнльных фаз, и в то же время настолько мала, что не позволяет пройти превращению до равновесного а+р-состояния.
Еще более интересный способ упрочняющей термической обработки может быть применен для обработки сплавов закритического состава. Было установлено, что у титановых сплавов закритического состава по мере дальнейшего увеличения содержания р-стабилизи-рующих элементов метастабильная р-фаза может фиксироваться при весьма малых скоростях охлаждения, соизмеримых со скоростью охлаждения больших промышленных печей вместе с садкой (4- 10° С/мин). Дальнейший изотермический нагрев такого "закаленного" сплава при температурах старения ведет к распаду метастабильной Р-фазы и образованию дисперсных а- и Р-составляющих, т. е. ведет к существенному упрочнению.
Очевидно, максимальной способностью к упрочняющей термической обработке такого типа обладают титановые сплавы с К=1,6-2,2. В меньшей мере и другие титановые сплавы могут воспринимать упрочняющую термическую обработку такого типа. На.этой основе удалось разработать способ упрочняющей термической обработки крупногабаритных сварных конструкций из титановых сплавов закритического состава без переноса в закалочную среду. Предложенный способ лишен всех недостатков упрочняющей термической обработки, связанной с переносом садки в закалочную среду. Он позволяет проводить упрочняющую термическую обработку в промышленных вакуумных печах и печах с защитной атмосферой. Так, например, сварные детали или конструкции из титанового сплава марки ВТ32 (Ti-2,5% Al-8,5% Mo-8,5% V-1,2% Fe- 1,2% Cr), обработанные в вакуумной печи по режиму: нагрев при 750° С в течение 1 ч, охлаждение с печью со скоростью >= 4° С/мин до 500° С, выдержка при 500° С в течение 4 ч, обеспечили о*в>= 120 кгс/мм2, бб>=7% в то время как в отожженном состоянии сплав имел ов=82 кгс/мм2 и 65= 16%.
Широкое применение описанный выше способ термической обработки нашел при изготовлении сварных деталей и конструкций из сплава ВТ22.
Сварные конструкции из этого сплава требуют стабилизирующего отжига при температуре около 850° С, т. е. при температурах границы а+р^=р-превращения. После такого отжига сплав имеет предел прочности около 100 кгс/мм2.
Упрочняющая термическая обработка по режиму: нагрев при 850° С в течение 1 ч, охлаждение в печи до 750° С, выдержка 2 ч, охлаждение с печью до 500° С, выдержка при 600° С в течение 4 ч позволяет получить на сварных конструкциях из сплава ВТ22 <ув>= 110 кгс/мм2.
Для такой термической обработки используются вакуумные печи и печи с защитной атмосферой, позволяющие осуществлять термическую обработку готовых деталей или конструкций.
|
