Водородное охрупчивание титана и его сплавов
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
?уют ?-фазу, в результате чего небольшое количество ?-фазы сохраняется по границам зерен менее чистого металла при температурах ниже эвтектоидной.
Водородное охрупчивание ?-титана
Титан высокой чистоты
Растворимость водорода в ?-титане и, следовательно, его влияние на металл зависят от чистоты металла. Поэтому важно отличать титан высокой чистоты от технического титана и ?-титана, легированного различными элементами. Как указывалось, растворимость водорода в чистом ?-титане составляет ~ 8% (ат.) при 325 С и 0,1% (ат.) при 125 С.
Рис.3. Изменение пластичности титана высокой чистоты при растяжении при комнатной температуре в зависимости от содержания водорода.
Влияние водорода на механические свойства ?-титана высокой чистоты показано на рис. 3. Свойства титана высокой чистоты при испытании на растяжение значительно изменяются и присутствии водорода. Если содержание водорода менее 1 % (ат.), то пластичность получается высокой (удлинение равно ~70%). Увеличение концентрации водорода (до 10% ат.) приводит к резкому снижению пластичности, хотя удлинение образцов остается на уровне 40%. Дальнейшее увеличение содержания водорода (до 25% ат.) может привести к катастрофическому снижению пластичности при комнатной температуре.
Рис.4. Изменение механических свойств чистого титана в зависимости от содержания водорода и скорости растяжения при комнатной температуре.
Рэйлски опубликовал подробный обзор по влиянию водорода на механические свойства титана и его сплавов, в котором он показал, что склонность ?-титана высокой чистоты охрупчиваться под влиянием водорода увеличивается при раздельном или совместном действии следующих факторов: повышениискорости деформации, уменьшении температуры испытания и при наличии поверхностного надреза на образце. Наиболее резко вредное влияние водорода проявляется при определении прочности надрезанных образцов при испытании на удар. Столь малое содержание водорода, как 0,25% (ат.), вызывает значительное снижение сопротивления удару, а при содержании водорода ~2% (ат.) оно почти равно нулю (рис. 4). Следует указать, что почти нулевая энергия удара наблюдается при таком содержании водорода, которое практически не влияет на относительное удлинение при растяжении.
Металлографическое и рентгенографическое исследования показывают, что при содержании водорода более 0,1% (ат.) в ?-титане присутствует нерастворимая гидридная фаза, как и следовало ожидать, исходя из диаграммы состояния водород титан, предложенной Леннипгом. Считают, что основной причиной охрупчивания ?-титана в присутствии водорода является наличие пластинчатых выделений гидридной фазы. Если этот гидрид выделяется в дисперсной форме, что может быть получено в результате быстрого охлаждения из области твердого раствора, механические свойства сплавов этого типа могут быть улучшены. Однако старение при комнатной температуре приводит к коагуляции гидрида в более массивные включения, что вызывает соответствующее ухудшение свойств при испытании на удар и на растяжение.
Технический титан
Растворимость водорода в ?-фазе технического титана ниже, чем в титане высокой чистоты. При 400 С предел растворимости колеблется от 5,4 до 6,5% (ат.), в то время как для чистого титана эта величина составляет более 8% (ат.). Определить растворимость водорода в титане при температурах ниже эвтектоидной трудно из-за остаточной ?-фазы по границам зерен. Медленное или быстрое охлаждение из области твердого раствора не приводит к выделению гидридной фазы в сплавах, содержащих 0,26% (ат.) водорода, в то время как в титане высокой чистоты при данной концентрации водорода гидридная фаза присутствовала бы обязательно. Разница в пределах растворимости и форме существования водорода в металлах различной чистоты обусловливается присутствием в менее чистом титане элементов, стабилизирующих ?-фазу, так как растворимость водорода в ?-фазе гораздо больше, чем в ?-фазе.
Вредное действие водорода на механические свойства проявляется в техническом титане при более низких содержаниях водорода по сравнению с титаном высокой чистоты. На рис. 5 показано изменение свойств технического титана при испытании па растяжение в зависимости от концентрации водорода; при содержании водорода 12% (ат.) пластичность этого материала снижается с 70 до 10%. В титане высокой чистоты такое снижение пластичности наблюдается при содержании водорода свыше 30% (ат.). Кроме того, снижение сопротивления удару почти до нулевого значения происходит в техническом титане при содержании водорода ~ 1% (ат.), что составляет приблизительно половину той величины, которая необходима для достижения аналогичного эффекта в титане высокой чистоты.
Рис.5. Изменение пластичности технически чистого титана в зависимости от содержания водорода.
Рис.6. Изменение энергии удара технически чистого титана в зависимости от содержания водорода после закалки на твердый раствор с последующим старением при комнатной температуре.
Закалка из области ?-фазы улучшает сопротивление удару технического титана, содержащего водород, но, как и в случае чистого металла, этот эффект является временным (рис. 6); старение при комнатной температуре приводит к ухудшению свойств. Кроме того, было показано, что сплав с 0,24% (ат.) водорода обладает значительно более низким сопротивлением удару по сравнению с метал?/p>