Марка: ВТ22 |
Класс: Титановый деформируемый сплав |
Использование в промышленности: детали, длительно работающие при температуре 350°С (2000 ч) ; класс по структуре α+β |
Химический состав в % сплава ВТ22 |
Fe |
0,5 - 1,5 |
 |
C |
до 0,1 |
Si |
до 0,15 |
Cr |
0,5 - 2 |
Mo |
4 - 5,5 |
V |
4 - 5,5 |
N |
до 0,05 |
Ti |
78,485 - 86,6 |
Al |
4,4 - 5,9 |
Zr |
до 0,3 |
O |
до 0,2 |
H |
до 0,015 |
Поставщик Ауремо ООО www.auremo.org
Купить: Санкт-Петербург +7(812)680-16-77, Днепр +380(56)790-91-90, info[æ]auremo.org
ВТ22 труба, лента, проволока, лист, круг ВТ22
Свойства и полезная информация: |
Термообработка: Закалка и старение |
Твердость материала: HB 10 -1 = 285 МПа |
Механические свойства сплава ВТ22 при Т=20oС |
Прокат |
Размер |
Напр. |
σв(МПа) |
sT (МПа) |
δ5 (%) |
ψ % |
KCU (кДж / м2) |
Пруток |
|
|
1100 |
|
10 |
20 |
400 |
Пруток |
|
|
1400 |
|
|
|
|
Физические свойства сплава ВТ22 |
T (Град) |
E 10- 5 (МПа) |
a 10 6 (1/Град) |
l (Вт/(м·град)) |
r (кг/м3) |
C (Дж/(кг·град)) |
R 10 9 (Ом·м) |
20 |
|
|
8.32 |
4600 |
|
1530 |
100 |
|
8 |
9.21 |
|
|
|
200 |
|
8.2 |
10.5 |
|
0.565 |
|
300 |
|
8.4 |
11.7 |
|
0.586 |
|
400 |
|
8.6 |
13.4 |
|
0.649 |
|
500 |
|
8.8 |
14.6 |
|
0.712 |
|
600 |
|
|
15.9 |
|
|
|
Особенности термообработки сплава ВТ22: высокопрочный титановый сплав критического состава - ВТ22. На примере этого сплава рассмотрим основные предпосылки термической обработки сплавов этой группы.
Сплав ВТ22 создан на основе системы Ti-А1-Mo-V с добавками Fe и Сr. Имеются модификации сплава с добавками других элементов. Температура мартенситного превращения его близка к комнатной, температура полиморфного превращения находится в интервале 820-870° С. Отжиг для сплава ВТ22 проводят из двухфазной области (750-800°С), что является упрочняющей термической обработкой. После медленного охлаждения с температуры отжига сплав имеет сравнительно равновесную a + в - структуру с примерно одинаковым количеством а- и ß - фаз (максимальная гетерогенность).
По данным В. Н. Моисеева, оптимальным режимом отжига сплава ВТ22 является: Тотж = 700-800° С, охлаждение с печью со скоростью 2-4° С/мин до 400° С, далее на воздухе. Влияние температуры отжига и скорости охлаждения с различных температур на механические свойства сплава представлено на рисунке справа.
При исследовании термической обработки сплава ВТ22 И. С. Полькин и О. В. Каспарова предложили более технологичный режим отжига-двойной отжиг: первый отжиг при температуре 750-850° С, охлаждение на воздухе, второй (фактически старение для дисперсионного твердения) - при 600-800° С в течение 3 ч с последующим охлаждением на воздухе. Полученные результаты представлены на рисунке ниже.

Повышение температуры первого отжига сопровождается ростом в-зерна, а повышение температуры второго отжига - уменьшением дисперсности вторичных выделений а-фазы. Структура сплава ВТ22 после двойного отжига по режиму 750° С 1 ч, охлаждение на воздухе с последующей второй ступенью аналогична структуре этого сплава после отжига при 750° С в течение 1 ч с последующим охлаждением в печи.
Сравнение механических свойств сплава ВТ22 после различных режимов отжига (таблица ниже) показало возможность применения более технологичного двойного режима отжига.


Сплав ВТ22 может эффективно упрочняться путем термической обработки, состоящей из закалки и последующего старения. При изучении влияния режимов термической обработки на структуру и механические свойства сплава ВТ22 установлено, что с повышением температуры с 600 до 800° С прочность его понижается, а пластичность повышается. При охлаждении сплава ВТ22 в воде и на воздухе с температур более 800° С понижаются характеристики прочности и пластичности (рисунок слева). После охлаждения из а + в-области в воде и на воздухе структура сплава ВТ22 представляет смесь а- и в - фаз. С повышением температуры нагрева в двухфазной области наблюдается рост в - зерна, количество в - фазы увеличивается, а а-фазы уменьшается. В итоге с повышением температуры нагрева в а + в - области прочность понижается, а кривые пластичности проходят через максимум.
После закалки в воде из в - области фиксируется мета-стабильная в - фаза, после охлаждения на воздухе наблюдается выделение а-фазы по границам и телу в - зерна.
При охлаждении с разных температур с печью сплав имеет двухфазную а + в - структуру корзиночного типа.
Электронно-микроскопические исследования структур образцов, закаленных с 900 до 1000°С на воздухе, обнаружили по границам и внутри зерен в - фазы грубые выделения а-фазы, а поверхность некоторых зерен имеет вид, характерный для ω - фазы. Рентгеноструктурный анализ подтвердил наличие ω - фазы. О. В. Каспарова предположила образование ω - фазы в сплаве ВТ22 в случае промедления при закалке из в - области, а также при закалке массивных изделий.
На основании полученных результатов сделано заключение о высокой чувствительности сплава ВТ22 как к режиму охлаждения, так и к изменению химического состава. Отмечено влияние повышенного содержания алюминия на подавление образования ω - фазы.
Оптимальным режимом закалки следует считать закалку из области температур 700-800 С в воду (см таблицу ниже).

Закалка из в-области приводит к пониженной пластичности сплава ВТ22 и его чрезмерному охрупчиванию после старения в широком диапазоне температур.
На рис. слева ниже представлены зависимости механических свойств от режимов закалки и старения.
Было опробовано ступенчатое старение (рис. справа выше). Образцы после закалки с 750° С в воде и старения при температуре 450° С 5 ч переносили в печь с температурой 560, 600° С. Это привело к значительному понижению прочности и повышению пластичности. Сводные данные о применяемых режимах термической обработки для некоторых а +в-сплавов титана приведены в табл. ниже.

Особенности сварки титана ВТ22: представителем титановых а+в-сплавов критического состава является высоколегированный сплав ВТ22. По составу этот сплав близок к критическому и весьма чувствителен к термическому циклу сварки. Литой металл шва и околошовная зона сварных соединений его отличаются пониженной пластичностью. После отжига фазовый состав сплава представляет смесь а- и в-фаз приблизительно в равном количестве. Известно, что сплавы с наиболее гетерогенной структурой обладают максимальной прочностью в отожженном состоянии.
Использование методов сварки без применения присадочных материалов (ЭЛС, погруженной и сжатой дугой) для сплава ВТ22 не позволяет получать сварные соединения с необходимыми свойствами. Поэтому для сварки сплава ВТ22 применяют в основном методы с использованием присадочных материалов - аргонодуговую сварку плавящимся электродом, неплавящимся электродом с присадкой, электрошлаковую сварку. Ведутся работы по электронно-лучевой сварке с присадочным металлом.
Наиболее опасной зоной сварного соединения, определяющей работоспособность всей конструкции из сплава ВТ22, является околошовная зона. Именно в ней происходят наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла, которые и оказываются решающими при оценке его свариваемости.
Для сплавов критического состава характерна резкая зависимость фазового состава и, как следствие, механических свойств от скорости охлаждения с температуры выше конца а + в→в-превращения.
По методике ИМЕТ-1 была исследована зависимость механических свойств и структуры околошовной зоны сплава ВТ22 от скорости охлаждения в интервале 900-700°С. Температура нагрева образцов 1300°С. Скорости охлаждения изменяли путем обдува образцов аргоном. Работу проводили на образцах размером Зх7х100 мм. Результаты испытаний получены в виде зависимости механических свойств σв, ан, δ, а и HRC от ωохл (рис. 32). Анализ этих данных позволяет сделать следующие выводы. Характеристики прочности незначительно изменяются в зависимости от ωoxл в исследованном интервале (1-600°С/с). Показатели пластичности металла околошовной зоны очень чувствительны к значениям ωохл.
При скоростях 1 - 15°С/с металл околошовной зоны имеет низкие показатели пластичности: ан~ 1 кгс•м/см2, а=0°, σв=8%. Исследование термических циклов при сварке металла толщиной 15- 20 мм в обычных условиях показало, что в интервале 900-600°С ωохл= 1 - 15°С/с. Таким образом, реальные скорости охлаждения соответствуют интервалу низкой пластичности металла околошовной зоны.
Проверка свойств сварных соединений, выполненных плавящимся электродом и неплавящимся электродом с присадочным металлом, подтвердила резкое понижение пластичности металла околошовной зоны в сравнении с пластичностью металла до сварки (рис. 33).
Рентгеноструктурным анализом на установке ДРОН-1 обнаружено, что в околошовной зоне сплава ВТ22 независимо от значения вохл в интервале 10-600°С/с фиксируется в основном метастабильная структура в с параметром ав=3,24-3,25. Лишь после охлаждения со скоростью вохл= 1°С/с электромеханическим методом удалось изолировать небольшое количество а-фазы, образовавшейся вследствие частичного в→а-распада.
Однако при металлографических исследованиях с помощью оптического микроскопа МИМ-8 при косом освещении обнаружено различие в в-структуре, полученной при различных скоростях охлаждения. Поверхность зерен в-фазы, образующейся при ωохл = 1-15°С/с, неровная, с «рябью». Видимо, при таких режимах охлаждения с высокой температуры в структуре происходит подготовительный процесс к перестройке решетки. Возможно также образование небольшого количества дисперсных метастабильных промежуточных фаз, которые не выявляются рентгеноструктурным анализом, но в то же время оказывают отрицательное влияние на пластичность сплава.
в-структура, фиксируемая при больших значениях ωохл (150- 600°С/с), отличается характерной для в-фазы высокой пластичностью. Однако использовать такое состояние практически невозможно, так как в-структура, фиксируемая в сплаве ВТ22, является метастабильной не только термически, но и механически.

Упрочняющая термическая обработка титана ВТ22 после сварки: имеются экспериментальные данные по применению упрочняющей термической обработки для сварных конструкций из сплава ВТ22. Применение упрочняющей термической обработки сварных соединений ограничено из-за недостаточно хорошего сочетания прочности и пластичности околошовной зоны после закалки и старения. Перегретый металл плохо воспринимает упрочняющую термическую обработку. При незначительном повышении предела прочности существенно понижается его пластичность. С целью некоторого повышения прочности рекомендуется сварные конструкции подвергать «мягкой» упрочняющей термической обработке, повышающей предел прочности основного металла не более, чем на 15-20%. В зависимости от требований, предъявляемых к конструкции, проводится закалка с 700-750° С в воду с последующим старением по режиму перестаривания (540-560° С в течение 8- 14 ч). При этом независимо от последовательности операций сварки и термической обработки (сварка-закалка-старение; закалка-сварка-старение; закалка-старение-сварка) сварное соединение имеет следующие свойства: σв= 107-115 кгс/мм2 (разрушение по металлу шва), для металла шва aн=3-4 кгс•м/см2, для металла околошовной зоны (2 мм от линии сплавления) ан в 1 кгс•м/см2.
Сварное соединение сплава ВТ22 после упрочняющей термической обработки характеризуется низкой работоспособностью, особенно при циклической нагрузке, поэтому для сварных конструкций, работающих при длительном ресурсе в случае применения упрочняющей термической обработки, рекомендуется сварное соединение подвергать локальному полному отжигу с местным конструктивным усилением.
Изыскание методов повышения свойств сварных соединений до уровня основного металла после упрочняющей термической обработки - актуальная проблема в области сварки высокопрочных а + в-сплавов титана. Это сложная задача, решение которой требует детального и глубокого изучения особенностей поведения металла с различной структурой и фазовым составом в процессе термической обработки и в условиях эксплуатации. Исследований в этом направлении недостаточно. Намечены в основном два пути совершенствования сплавов с целью улучшения их свариваемости: создание комплексно-легированных материалов, что должно уменьшить химическую неоднородность сварных соединений, и разработка высоколегированных сплавов, обладающих высокой прочностью после отжига.
Краткие обозначения: |
σв |
- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
|
|
ε |
- относительная осадка при появлении первой трещины, % |
σ0,05 |
- предел упругости, МПа
|
|
Jк |
- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
|
σ0,2 |
- предел текучести условный, МПа
|
|
σизг |
- предел прочности при изгибе, МПа |
δ5,δ4,δ10 |
- относительное удлинение после разрыва, %
|
|
σ-1 |
- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа |
σсж0,05 и σсж |
- предел текучести при сжатии, МПа
|
|
J-1 |
- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа |
ν |
- относительный сдвиг, %
|
|
n |
- количество циклов нагружения |
sв |
- предел кратковременной прочности, МПа |
|
R и ρ |
- удельное электросопротивление, Ом·м |
ψ |
- относительное сужение, %
|
|
E |
- модуль упругости нормальный, ГПа |
KCU и KCV |
- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 |
|
T |
- температура, при которой получены свойства, Град |
sT |
- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа |
|
l и λ |
- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) |
HB |
- твердость по Бринеллю
|
|
C |
- удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] |
HV
|
- твердость по Виккерсу |
|
pn и r |
- плотность кг/м3 |
HRCэ
|
- твердость по Роквеллу, шкала С
|
|
а |
- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С |
HRB |
- твердость по Роквеллу, шкала В
|
|
σtТ |
- предел длительной прочности, МПа |
HSD
|
- твердость по Шору |
|
G |
- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа |
 | |
|