О влиянии добавок углерода на механические свойства титанового псевдо-α-сплава

Исследовано влияние углерода в пределах от 0,008 до 0,18 мас. % на температуру полного полиморфного превращения, микроструктуру и механические свойства титанового псевдо-α-сплава системы Ti–6,2Al–Sn–Zr–(2,19–3,53) Mo^eq–(0,18–0,28) Si–(0,008–0,18)С. Введение углерода в сплав можно осуществить с использованием титановой губки марки ТГУ или промышленных лигатур АМНТУ и АВТУ. Исследования, проведенные на поковках с глобулярно-пластинчатой микроструктурой шести опытных плавок, позволили установить оптимальный уровень легирования сплава углеродом. При введении углерода в пределах растворимости в α-твердом растворе (до 0,08 мас. %) повышается жаропрочность материала, однако большего эффекта можно достичь при увеличении содержания кремния. Влияние углерода в пределах растворимости на кратковременную прочность титанового псевдо-α-сплава при комнатной температуре незначительно, а влияние углерода на ударную вязкость отрицательное. Для выбранного уровня легирования углеродом при прочности σ_в²⁰ = 1165–1180 МПа ударная вязкость остается на приемлемом уровне – KCU = 330–381 кДж/м² . Допускается проведение горячей деформации сплавов исследованной системы в процессе свободной ковки на молоте при относительно низких температурах двухфазной области.

1. Wang Q., Liu J., Yang R. High temperature titanium alloys: status and perspective // Journal of aeronautical materials. China. – 2014. – V. 34, N 4. – P. 1–26.

2. Wang M., Zhang D., Zhao Y. The dislocation creep behavior of titanium alloys // Journal of Advanced Materials. – January 2007. – Special Edition N 2. – P. 56–60.

3. Hang S., Wang B., Liu Z., Gao Yu., Yang R. Effect of carbon on microstructures and mechanical properties of Ti–60 high–temperature titanium alloy // Chinese journal of materials research. – August 2007. – V. 21, N 4. – P. 433–438.

4. Duan R., Zhang H., Cai J., Huang X., Cao C. Effect of microstructure on creep deformation behavior of near-alpha titanium alloy TG6 // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. – October 2010. – V. 20 [Special 1]. – P. 12–15.

5. Zhu S., Wang Q., Liu J., Liu Y., Yang R. Effect of Ta on oxidation resistance behavior of Ti– 60A titanium alloys // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. – October 2010. – V. 20 [Special 1]. – P. 138–143.

6. Wei S., Shi W., Wang D., Wang Q., Chen Z., Liu J. Microstructure and mechanical properties of high temperature titanium alloy Ti60 at 600° // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. – October 2010. – V. 20 [Special 1]. – P. 801–806.

7. Guo P., Hong Q., Zhao Y., Qi Yu., Xin S., Liu W. Mechanical properties of Ti600 high temperature titanium alloy // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. – October 2010. – V. 20 [Special 1]. – P. 36–39.

8. Zhanga S. Z., Lia M. M., Yang R. Mechanism and kinetics of carbide dissolution in near alpha Ti–5.6Al–4.8Sn–2Zr–1Mo–0.35Si–0.7Nd titanium alloy // Materials characterization. – 2011. – N 62. – P. 1151–1157. DOI:10.1016/j.matchar.2011.10.001.

9. Zhang S., Gao Y., Liu Z., Liu Yu., Yang R. Microstructural Evolution of Ti–5.6Al–4.8Sn– 2Zr–1Mo–0.35Si–0.7Nd Titanium Alloy with Carbon Additions // J. Mater. Sci. Technol. – 2006. – V. 22, N 5. – P. 616–620

10. Fu B., Wang H., Zou Ch., Wei Z. Microstructural characterization of in situ synthesized TiB in cast Ti 1100–0.10B alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. – 2015. – N 25. – P. 2206–2213. DOI: 10.1016/S10036326(15)63833X.

11. Prasad K., Sarkar R., Kamat S. V., Nandy T. K. Fracture toughness and low cycle fatigue behaviour in boron modified Timetal 834 titanium alloy // Materials Science and Engineering. A529. – 2011. P. 74–80. DOI:10.1016/j.msea.2011.08.062.

12. Gadda m R. Effect of Boron and Hydrogen on Microstructure and Mechanical // Engineering Materials Division of Materials Science Department of Engineering Sciences and Mathematics Luleå University of Technology. – 2011. – 92 p.

13. Rhee S., Na m S., Hagiwara M. Effect of TiBp particle reinforcement on the creep resistance of near titanium α-alloy made by blended elemental powder metallurgy // Journal of Alloys and Compounds. – 2003. – V. 359. – P. 186–192. DOI:10.1016/S0925-8388(03)00219-6.

14. Гайсин Р. А., Имаев В. М., Гайсина Э. Р., Шаймарданов Р. А., Имаев Р. М. О необычно высокой прочности двухфазного титанового сплава на основе ВТ8, высоколегированного цирконием // Письма о материалах. – 2016. – Т. 6, № 4. – С. 327–332.

15. Горынин И. В., Кудрявцев А. С., Хачатурян А. Г., Пузаков И. Ю., Береславский А. Л., Мачишина Л. А., Ледер М. О., Корнилова М. А. Опыт изготовления слитков массой до 17 т из титановых псевдо-альфа-сплавов // Титан. – 2013. – № 2. – С. 23–28.

16. Кудрявцев А. С., Козлова И. Р., Иванова Л. А., Чудаков Е. В. Материаловедческое обеспечение производства цельнокатаных колец из свариваемых высокопрочных титановых сплавов для деталей энергомашиностроения // Титан. – 2013. – № 2. – С. 29–34.

17. Солонина О. П., Улякова Н. М. Влияние углерода на механические свойства и структуру титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1974. – № 4. – С. 28–30.

18. Кашапов О. С., Павлова Т. В., Калашников В. С., Заводов А. В. Влияние условий охлаждения крупных промышленных поковок из жаропрочного титанового сплава ВТ41 на фазовый состав и механические свойства // Цветные металлы. – 2018. – № 2. – С. 76–82.

19. Каблов Е. Н., Кашапов О. С., Павлова Т. В., Ночовная Н. А. Разработка опытно-промышленной технологии изготовления полуфабрикатов из псевдо-альфа-титанового сплава ВТ41 // Титан. – 2016. – № 2 (52) . – С. 33–42.

20. Banoth R., Sarkar R., Bhattacharjee A., Nandy T. K., Nageswara Rao G.V.S. Effect of boron and carbon addition on microstructure and mechanical properties of metastable beta titanium alloys // Materials and Design. – 2015. – N 67. – P. 50–63. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2014.11.004.

21. Szkliniarz A. Microstructure and Properties of Beta 21S Alloy with 0.2 wt. % of Carbon // Solid State Phenomena. – 2009. – V. 246. – P. 19–24. Doi:10.4028/www.scientific.net/SSP.246.19.

22. Chen Z. Q., Hu D., Loretto M. H., Wu X. Effect of carbon additions on microstructure and mechanical properties of Ti–15–3 // Materials Science and Technology. – 2004. – V. 20. – P. 343–349. DOI 10.1179/026708304225012288.

23. Давыденко Л. В., Егорова Ю. Б., Чибисова Е. В. Статистическое сопоставление механических свойств титановых сплавов разных классов // Материалы 77-й междунар. науч.-технич. конф. ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» // Известия МГТУ МАМИ. – 2013. – Т. 2, № 1 (15). – С. 35–38

24. Каблов Д. Е., Панин П. В., Ширяев А. А., Ночовная Н. А. Опыт использования вакуумно-дуговой печи ALD VAR L200 для выплавки слитков жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – № 2 (31). – С. 27–33. – DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-2-27-33.

25. Попов А. А., Попова М. А. Изотермические диаграммы выделения силицидных и алюминидных фаз в жаропрочных титановых сплавах // МиТОМ. – 2016. – № 11. – С. 23–28.

26. Tensile and Fatigue Properties of Carbon-Solute-Strengthened (α+β)-Type Titanium Alloy / M. Nakai1, M. N iinomi1, Ju. Hieda1, a. o. // Materials Transactions. – 2013. – V. 54, N 2. – P. 169–175.

27. Savage K. Effect of Carbon on Primary Alpha Percentage in Ti–6Al–4V as Temperature Approaches the Beta Transus. – USA: California Polytechnic State University, 2013. – 30 p.

28. Neal D. F. Development and evolution of high temperature titanium alloy IMI 834 // Sixth world conference on titanium. France. – 1988. – P. 253–259.

29. Sun F., Li J., Kou H., Tang B., Chang H., Cai J., Zhou L. Alfa phase solution kinetics and solution microstructure characteristics of Ti60 titanium alloy // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. – October 2010. – V.20 [Special 1]. – P. 437–441.

30. Zhang J., Peng N., Wang Q., Wang X.. A New Aging Treatment Way for Near alpha High Temperature Titanium Alloys // J. Mater. Sci. Technol. – 2009. – V. 25, N 4. – P. 454–458.

31. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 7–17.