Сплави на основі алюмінідів титану

З проміжних фаз, що утворюються в системі Ti-Al, найбільший практичний інтерес представляють алюмініди Ti₃Al та TiAl. Інтерметалід Ti₃Al (a₂-фаза) являє собою надструктуру на основі a-фази, в якій атоми титану та алюмінію розташовані впорядковано. Пластичність інтерметаліду Ti₃Al мала. Істотне підвищення пластичності забезпечується шляхом створення дрібнозернистої структури за рахунок термомеханічного оброблення або методів порошкової металургії. В області крихкого руйнування (при 400°С) відносне подовження інтерметаліду Ti₃Al з дрібним зерном досягає 3,2%, а при переході до в’язкого руйнування (600-650°С) відносне подовження зростає з 15% до 45%. Інтерметалід Ti₃Al при малій швидкості деформації (5*10^-4 с^-1) виявляє при 1000°С ознаки надпластичності (d»120%). Механічні властивості алюмініду Ti₃Al можуть бути покращені легуванням гафнієм, молібденом, ніобієм, танталом, ванадієм, вольфрамом, цирконієм та деякими іншими елементами. Найкращі результати забезпечуються легуванням алюмініду Ti₃Al ніобієм, так, що система Ti₃Al – Nb є базовою при розробці сплавів на його основі. До системи Ti₃Al – Nb відносяться зарубіжні сплави: промисловий сплав альфа-2 (Ti-14%Al-21%Nb ваг.) та супер-альфа-2 (Ti-15%Al-20%Nb-3%V-2%Mo ваг.).

Сплав альфа-2 після відпалу при температурі 1200°С та старіння при температурі 760°С впродовж 8 годин має при 20°С s_В=665 МПа, d=2,1%. Сплав супер-альфа-2 після гартування при температурі 1060°С та старіння при температурі 650° впродовж 2 годин має s_В=1400 МПа, d=0,1%.

Сплав супер-альфа-2 після гартування при температурі 1060°С та старіння при температурі 850°С впродовж 2 годин має s_В=1050 МПа, d=1,5%.

До цього ж типу сплавів на основі Ti₃Al належить вітчизняний сплав ВТИ-1 (Ti-14,5%Al-22%Nb-1,5Zr-0,25Si ваг.). Сплав ВТИ-1 з дрібнозернистою структурою схильний до надпластичності при температурах, близьких до 1000°С (d=600%, e=10^-4с^-1).

Таблиця 8.15 – Механічні властивості сплавів на основі інтерметаліду Ti₃Al

Інтерметалід TiAl має впорядковану тетрагональновикривлену гранецентровану структуру, в якій площини {100}, заповнені атомами титану, передуються з площинами, які зайняті атомами алюмінію. Пластичність інтерметаліду TiAl при температурах нижче 700°С незначна, що обумовлено особливостями його дислокаційної будови. В залежності від чистоти та мікроструктури механічні властивості інтерметаліду TiAl коливаються в досить широких межах, й при кімнатній температурі складають s_В=350-580 МПа, d=0,5-1,5%, r_TiAl=3,8 г/см³. В залежності від технологій отримання заготовок, режимів гарячої деформації й наступної термічної обробки можна отримати 3 основних типа структур інтерметаліду TiAl: пластинчасту (ламельну), рекристалізовану та змішану (дуплексну).

Пластинчаста структура: повністю здвійниковані пластини g-фази, по межам яких розташовані тонкі прошарки a₂-фази. В залежності від швидкостей кристалізації та охолодження товщина g-пластин та a₂-прошарків може значно змінюватися (від декількох мікрометрів до десятих долей мікрометру).

Механічні властивості інтерметаліду TiAl з пластинчастою структурою невеликі: s_В=350-400 МПа, d=0,5%, .

Рекристалізована структура представлена зернами g-фази та виділеннями a₂-фази, які сформовані в результаті динамічної або статичної рекристалізації. Така структура забезпечує більш високий комплекс механічних властивостей: s_В=580 МПа, d=0,8%, .

Дуплексна структура (змішана) складається з областей, які представлені рекристалізованими зернами та областями пластинчастої будови. Така структура має найкращий комплекс механічних властивостей: s_В=550 МПа, d=1,5%, .

Дрібнозернистий інтерметалід TiAl проявляє схильність до надпластичності: при температурі 800°С та швидкості деформації 8,3*10^-4с^-1 пластичність складає 225%. Сплави на основі інтерметаліду TiAl, які містять 47-48%ат. Al, мають найкращу пластичність.

Таблиця 8.16 – Хімічний склад та механічні властивості сплавів на основі інтерметаліду TiAl (Полькін І.С.)

Пластичність алюмініду TiAl можна підвищити легуванням наступними компонентами: Be, Cr, Nb, Mo, Ni, Si, Sn, Mn, V, W, Ag, Ga. Підвищення пластичності може бути пов’язано зі зменшенням внеску ковалентного та збільшенням долі металевого зв’язку. Легування TiAl Nb, Si, Та, W призводить до підвищення жаростійкості. Опір повзучості (жароміцність) збільшується при легуванні B, С, Cr, Nb, Та, W.

До найкращих сплавів на основі TiAl відносять сплав 48-2-2 (Ti-48%Al-2%Cr-2%Nb). Цей сплав має гарне поєднання пластичності та технологічності, високі характеристики жароміцності, корозійної стійкості.

Дуплексна структура забезпечує при температурі 20°С: s_В=413 МПа, d=2,3%; при температурі 760°С: s_В=470 МПа, d=10,8%.

Ламельна структура забезпечує при температурі 20°С: s_В=597 МПа, d=2,9%.

Завдяки низькій щільності та досить високим міцностним характеристикам інтерметалід TiAl та сплави на його основі перевершують існуючі жароміцні сплави на основі титану, заліза, нікелю за питомими значеннями модулів пружності та показників жароміцності в інтервалі температур до 850-900°С.

Таблиця 8.17 - Вплив типу структури інтерметаліду TiAl на механічні властивості (Бондарев Б.І., Єлагін Д.В., Молотков А.В. та інші)

Тип структури	Механічні властивості
sВ, МПа	d, %	, МПа
Ламельна	350…400	0,5
Рекристалізована		0,8
Дуплексна		1,5

Поиск по сайту: