Влияние легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана

По влиянию на полиморфизм титана С.Г. Глазунов разделил все легирующие элементы на три группы. [2].

Первая группа представлена α-стабилизаторами – элементами, повышающими температуру полиморфного превращения титана (рис. 1.а). Из металлов к числу α-стабилизаторов относится алюминий, галлий и индий; из неметаллов – углерод, азот и кислород.

Во вторую группу входят β-стабилизаторы – элементы, понижающие температуру полиморфного превращения титана. Их можно разбить на три подгруппы:

а) В сплавах титана с элементами первой подгруппы при достаточно низкой температуре происходит эвтектоидный распад β-фазы (рис. 1.б); к числу таких элементов относятся кремний, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь – их называю эвтектоидообразующими β-стабилизаторами.

Рисунок 1. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана. [9].

б) В сплавах титана с элементами второй подгруппы при достаточно высокой их концентрации β-раствор сохраняется до комнатной температуры, не претерпевая эвтектоидного распада (рис. 1.в). К числу таких элементов принадлежит ванадий, молибден, ниобий, тантал, вольфрам.

в) В сплавах третьей подгруппы равновесная β-фаза также стабилизируется при комнатной температуре, но непрерывных β-твердых растворов не образуется (рис. 1.г), так как не соблюдается принцип изоморфности взаимодействующих элементов. К элементам этой подгруппы относятся рений, рутений, родий, осмий, иридий. Их можно назвать квазиморфными β-стабилизаторами.

Третья группа представлена легирующими элементами, мало влияющими на температуру полиморфного превращения титана. К ним принадлежат олово, цирконий, германий, гафний, торий. Эти элементы называют нейтральными упрочнителями.

Общая классификация легирующих элементов и примесей в титане приведена на рис. 2, на котором показано их распределение по различным группам. Элементы разбиты на две группы по типу растворов, которые они дают с титаном: элементы замещения и элементы внедрения.

Рисунок 2. Класификация легирующих элементов и примесей в титане (С.Г. Глазунов, Б.А. Колачев). [10].

Основными превращениями в титане и его сплавах является полиморфное и мартенситное. Полиморфное диффузионное превращение происходит при сравнительно небольших скоростях охлаждения и реализуется путем зарождения и роста новых зерен. При скоростях охлаждения больше критической протекает бездиффузионное (мартенситное) превращение. Мартенситное превращение происходит в интервале температур начала и конца превращения и . С увеличением содержания β-стабилизаторов температуры мартенситного превращения ( и ) понижаются (рис. 3). При концентрациях и , которые называют первой и второй критическими концентрациями, температуры и достигают комнатной температуры. Помимо обычного мартенситного превращения и в титановых сплавах происходит мартенситное превращение особого рода . В результате которого образуется чрезвычайно дисперсионные когерентные выделения -фазы. Ниже температуры обычное мартенситное превращение и становится невозможным.

Рисунок 3. Фазовый состав титановых сплавов с β-эвтектообразующими (а) и β-изоморфными (б) стабилизаторами после закалки из β-области. [2].

Наиболее важной характеристикой β-стабилизирующего действия элемента является вторая критическая концентрация. Критической концентрацией называют содержание данного элемента в двойном сплаве с титаном, при которой подавляется мартенситное превращение и в результате закалки из β-области фиксируется однофазная β-структура и ω-состояние внутри нее. [2].

Дата добавления: 2015-08-31