Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Сплав ВТ6 используется для изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов, для изготовления баллонов, работающих под внутренним давлением в интервале температур от -196 до 450 °С, и целого ряда других конструктивных элементов [1–3].
Легирующими элементами данного сплава являются алюминий (5,3...6,8 %), стабилизирующий низкотемпературную α-фазу, и ванадий (3,5...5,3 %), стабилизирующий высокотемпературную β-фазу вплоть до низких температур. По этой причине сплав имеет структуру α+β. Температура полиморфного превращения данного сплава составляет 980 °С, в то время как температура полиморфного превращения чистого титана составляет 882 °С. Алюминий благоприятно влияет на жаропрочность и прочность сплава, а ванадий повышает прочность и делает сплав более пластичным. Образование α2-фазы на основе алюминида титана Ti3Al снижает термическую стабильность и пластичность, но способствует упрочнению сплава [1, 2, 4].
Термическая обработка сплавов применяется для повышения таких эксплуатационных свойств как твердость сплава и его поверхности, прочность, коррозионная и термическая стойкость и пр. Во многом свойства сплава и его поверхности определяются фазовым составом и микроструктурой. По этой причине исследование процессов термических обработок и их влияния на фазовый состав поверхностного слоя сплава представляет актуальную задачу.
Цель данной работы — исследовать влияние закалки с 850 °С в воде и в потоке азота высокого давления на фазовое состояние поверхностного слоя титанового сплава ВТ6.
Закалку в азоте осуществляли с предварительной выдержкой в вакууме. Нагрев под закалку в воде осуществляли в карбюризаторе для уменьшения окисления сплава. В обоих случаях выдержка перед закалкой составляла 30 мин при 850 °С.
Фазовый состав поверхностных слоев исследуемых образцов определялся методом рентгеновской дифрактометрии на Cu–Kα-излучении.
Дифрактограммы сплава ВТ6 в исходном состоянии и после закалок представлены на рисунке.
Фазовый состав сплава ВТ6 в исходном состоянии преимущественно представлен твердым раствором на основе α-Ti. Наблюдается небольшое количество β-Ti. Легирующие элементы равномерно растворены в твердом растворе и не образуют отдельных фаз.
Закалка в воде приводит к фиксированию в поверхностном слое сплава фазы α-Ti. Наблюдается исчезновение дифракционных максимумов, соответствующих β-Ti (рисунок, а, б, 2θ = 38°, 2θ = 56°,2θ = 71°), что указывает на фазовый переход β→α. Данный переход обусловлен тем, что кислород стабилизирует фазу α-Ti [1, 2]. В поверхностном слое сплава образуются две полиморфные модификации диоксида титана TiO2 (анатаз — TiO2-A и рутил TiO₂-R) (см. рисунок 1, б), что свидетельствует об окислении поверхностного слоя сплава при нагреве под закалку. Наблюдается малое количество интерметаллидов титана и алюминия (Ti3Al, TiAl и TiAl3), которые сохраняются при нагреве под закалку и закалке.
Дифракционные максимумы, соответствующие α-Ti смещены относительно исходного положения, что свидетельствует о растворении кислорода в α-Ti.
В результате закалки в потоке азота высокого давления в поверхностном слое сплава фиксируется фаза α-Ti (см. рисунок, в); дифракционные максимумы, соответствующие β-Ti отсутствуют. Азот также относится к элементам, стабилизирующим фазу α-Ti [1]. Наблюдается малое смещение линий α-Ti, что указывает на образование твердого раствора азота в титане. Установлено образование нитридов титана TiN, Ti2N, Ti3N2 и Ti4N3 (см. рисунок, в), что свидетельствует о кратковременном азотировании в процессе закалки. Как и в случае закалки в воде, в образце присутствует малое количество интерметаллидов титана и алюминия (Ti3Al, TiAl и TiAl3).
Дифракционные максимумы образцов, прошедших закалку в азоте, отличаются сложной формой (см. рисунок, в). Сложная форма максимумов указывает на наложение максимумов, соответствующих различным фазам, что затрудняет детальный анализ.
