Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки
Приведены результаты исследований химического состава, структуры и механических свойств высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии и после термомеханической обработки. Слитки получены путем переплава расходуемых электродов в электрошлаковой печи камерного типа с применением электро...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160308 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки / И.В. Протоковилов, Д.А. Петров // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 9-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160308 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Протоковилов, И.В. Петров, Д.А. 2019-10-31T18:58:31Z 2019-10-31T18:58:31Z 2017 Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки / И.В. Протоковилов, Д.А. Петров // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 9-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 DOI: doi.org/10.15407/sem2017.01.02 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160308 669.187.56.001.1 Приведены результаты исследований химического состава, структуры и механических свойств высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии и после термомеханической обработки. Слитки получены путем переплава расходуемых электродов в электрошлаковой печи камерного типа с применением электромагнитного воздействия на металлургическую ванну. Литой металл подвергали термодеформационной обработке с последующей закалкой и старением. Анализ структуры металла не выявил внутренних макро- и микродефектов. Размер зерен литого металла в среднем составлял 1...6, а деформированного и термообработанного — 0,2...0,6 мм. В литом состоянии прочность сплава составляла 936...1012 МПа при пластичности 1,7...12,5 %, а в термообработанном 1190...1210 МПа и 11,7...14,0 % соответственно. Исследования поверхности разрушения образцов после испытаний на растяжение выявили преобладающий характер вязкого разрушения. Показано, что по структуре, химическому составу и механическим свойствам титановый сплав Ti-10-2-3 электрошлакового переплава соответствует техническим условиям на данный материал. Наведені результати досліджень хімічного складу, структури і механічних властивостей високоміцного титанового сплаву Ti-10-2-3 в литому стані та після термомеханічної обробки. Зливки отримані шляхом переплаву витратних електродів в електрошлаковій печі камерного типу із застосуванням електромагнітного впливу на металургійну ванну. Литий метал піддавали термодеформаційній обробці з подальшим гартуванням і старінням. Аналіз структури металу не виявив внутрішніх макро- і мікродефектів. Розмір зерен литого металу в середньому становив 1...6, а деформованого і термообробленого — 0,2...0,6 мм. В литому стані міцність сплаву становила 936...1012 МПа при пластичності 1,7...12,5 %, а в термообробленому — 1190...1210 МПа та 11,7...14,0 % відповідно. Дослідження поверхні руйнування зразків після випробувань на розтягування виявили переважаючий характер в’язкого руйнування. Показано, що за структурою, хімічним складом та механічними властивостями титановий сплав Ti-10-2-3 електрошлакового переплаву відповідає технічним умовам на даний матеріал. Results of investigations of chemical composition, structure and mechanical properties of high-strength titanium alloy Ti-10-2-3 in as-cast state and after thermomechanical treatment are given. Ingots were produced by remelting of consumable electrodes in a chamber-type electroslag furnace using the electromagnetic effect on the metallurgical pool. The cast metal was subjected to the thermal deformational treatment with a subsequent hardening and ageing. Analysis of metal structure did not reveal internal macro-and microdefects. Grain size of cast metal was on average 1…6, while that of deformed and heat-treated ones was 0.2…0.5 mm. In cast state the alloy strength was 936…1012 MPa at ductility of 1.7…12.5 %, while in heat-treated state it was 1190…1210 MPA and 11.7…14.9 %, respectively. The investigations of fracture surface of specimens after tensile tests revealed the dominating nature of a tough fracture. It is shown that as to the structure, chemical composition and mechanical properties the titanium alloy Ti-10-2-3 of the electroslag remelting meets the technical specifications for the given material. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки Структура і властивості високоміцного титанового сплаву Ti-10-2-3 електрошлакового переплаву Structure and properties of high-strength titanium alloy Ti-10-2-3 of electroslag remelting Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| spellingShingle |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки Протоковилов, И.В. Петров, Д.А. Электрошлаковая технология |
| title_short |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| title_full |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| title_fullStr |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| title_full_unstemmed |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| title_sort |
структура и свойства высокопрочного титанового сплава ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки |
| author |
Протоковилов, И.В. Петров, Д.А. |
| author_facet |
Протоковилов, И.В. Петров, Д.А. |
| topic |
Электрошлаковая технология |
| topic_facet |
Электрошлаковая технология |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Структура і властивості високоміцного титанового сплаву Ti-10-2-3 електрошлакового переплаву Structure and properties of high-strength titanium alloy Ti-10-2-3 of electroslag remelting |
| description |
Приведены результаты исследований химического состава, структуры и механических свойств высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии и после термомеханической обработки. Слитки получены путем переплава расходуемых электродов в электрошлаковой печи камерного типа с применением электромагнитного воздействия на металлургическую ванну. Литой металл подвергали термодеформационной обработке с последующей закалкой и старением. Анализ структуры металла не выявил внутренних макро- и микродефектов. Размер зерен литого металла в среднем составлял 1...6, а деформированного и термообработанного — 0,2...0,6 мм. В литом состоянии прочность сплава составляла 936...1012 МПа при пластичности 1,7...12,5 %, а в термообработанном 1190...1210 МПа и 11,7...14,0 % соответственно. Исследования поверхности разрушения образцов после испытаний на растяжение выявили преобладающий характер вязкого разрушения. Показано, что по структуре, химическому составу и механическим свойствам титановый сплав Ti-10-2-3 электрошлакового переплава соответствует техническим условиям на данный материал.
Наведені результати досліджень хімічного складу, структури і механічних властивостей високоміцного титанового сплаву Ti-10-2-3 в литому стані та після термомеханічної обробки. Зливки отримані шляхом переплаву витратних електродів в електрошлаковій печі камерного типу із застосуванням електромагнітного впливу на металургійну ванну. Литий метал піддавали термодеформаційній обробці з подальшим гартуванням і старінням. Аналіз структури металу не виявив внутрішніх макро- і мікродефектів. Розмір зерен литого металу в середньому становив 1...6, а деформованого і термообробленого — 0,2...0,6 мм. В литому стані міцність сплаву становила 936...1012 МПа при пластичності 1,7...12,5 %, а в термообробленому — 1190...1210 МПа та 11,7...14,0 % відповідно. Дослідження поверхні руйнування зразків після випробувань на розтягування виявили переважаючий характер в’язкого руйнування. Показано, що за структурою, хімічним складом та механічними властивостями титановий сплав Ti-10-2-3 електрошлакового переплаву відповідає технічним умовам на даний матеріал.
Results of investigations of chemical composition, structure and mechanical properties of high-strength titanium alloy Ti-10-2-3 in as-cast state and after thermomechanical treatment are given. Ingots were produced by remelting of consumable electrodes in a chamber-type electroslag furnace using the electromagnetic effect on the metallurgical pool. The cast metal was subjected to the thermal deformational treatment with a subsequent hardening and ageing. Analysis of metal structure did not reveal internal macro-and microdefects. Grain size of cast metal was on average 1…6, while that of deformed and heat-treated ones was 0.2…0.5 mm. In cast state the alloy strength was 936…1012 MPa at ductility of 1.7…12.5 %, while in heat-treated state it was 1190…1210 MPA and 11.7…14.9 %, respectively. The investigations of fracture surface of specimens after tensile tests revealed the dominating nature of a tough fracture. It is shown that as to the structure, chemical composition and mechanical properties the titanium alloy Ti-10-2-3 of the electroslag remelting meets the technical specifications for the given material.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160308 |
| citation_txt |
Структура и свойства высокопрочного титанового сплава Ti-10-2-3 электрошлаковой выплавки / И.В. Протоковилов, Д.А. Петров // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 9-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT protokoviloviv strukturaisvoistvavysokopročnogotitanovogosplavati1023élektrošlakovoivyplavki AT petrovda strukturaisvoistvavysokopročnogotitanovogosplavati1023élektrošlakovoivyplavki AT protokoviloviv strukturaívlastivostívisokomícnogotitanovogosplavuti1023elektrošlakovogopereplavu AT petrovda strukturaívlastivostívisokomícnogotitanovogosplavuti1023elektrošlakovogopereplavu AT protokoviloviv structureandpropertiesofhighstrengthtitaniumalloyti1023ofelectroslagremelting AT petrovda structureandpropertiesofhighstrengthtitaniumalloyti1023ofelectroslagremelting |
| first_indexed |
2025-11-25T01:57:32Z |
| last_indexed |
2025-11-25T01:57:32Z |
| _version_ |
1850504237399670784 |
| fulltext |
9ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 669.187.56.001.1 https://doi.org/10.15407/sem2017.01.02
СтруКтурА И СВоЙСтВА
ВыСоКоПроЧНоГо тИтАНоВоГо СПЛАВА Ti-10-2-3
ЭЛЕКтроШЛАКоВоГо ПЕрЕПЛАВА*
И. В. Протоковилов, Д. А. Петров
Институт электросварки им. Е. о. Патона НаН Украины.
03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Приведены результаты исследований химического состава, структуры и механических свойств высокопроч-
ного титанового сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии и после термомеханической обработки. Слитки получены
путем переплава расходуемых электродов в электрошлаковой печи камерного типа с применением электромаг-
нитного воздействия на металлургическую ванну. Литой металл подвергали термодеформационной обработке
с последующей закалкой и старением. анализ структуры металла не выявил внутренних макро- и микроде-
фектов. Размер зерен литого металла в среднем составлял 1...6, а деформированного и термообработанного —
0,2...0,6 мм. В литом состоянии прочность сплава составляла 936...1012 МПа при пластичности 1,7...12,5 %, а
в термообработанном 1190...1210 МПа и 11,7...14,0 % соответственно. Исследования поверхности разрушения
образцов после испытаний на растяжение выявили преобладающий характер вязкого разрушения. Показано,
что по структуре, химическому составу и механическим свойствам титановый сплав Ti-10-2-3 электрошлаково-
го переплава соответствует техническим условиям на данный материал. библиогр. 6, табл. 2, ил. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электрошлаковый переплав; электромагнитное воздействие; титановый сплав
Ti-10-2-3; слиток; термомеханическая обработка; структура; механические свойства
Высокопрочный титановый сплав Ti-10-2-3 име-
ет табличный состав, мас. %: Ti — основа; V —
9,0...11,0; Fe — 1,6...2,2; Al — 2,6...3,4 [1]. Сплав
относится к группе псевдо b-сплавов, его молиб-
деновый и алюминиевый эквиваленты равны 12,1
и 4,0 % соответственно, температура полиморф-
ного превращения составляет 790...805 оС [2].
Сплав обладает значительным эффектом тер-
мического упрочнения и его механические свой-
ства можно изменять в широких пределах метода-
ми термомеханической обработки. Минимальная
гарантированная прочность sв в отожженном со-
стоянии составляет 965, а после закалки и старе-
ния может достигать 1310 МПа [1–3].
Сплав хорошо прокаливается в сечениях до
125 мм, обладает высокой технологичностью при
горячей обработке давлением и способностью к
формообразованию. Широко используется в ави-
акосмической промышленности для работы при
температурах до 315 оС.
При выплавке сплава Ti-10-2-3 традиционным
методом многократного вакуумно-дугового пере-
плава (ВДП) имеют место трудности, связанные
с повышенной склонностью сплава к ликвации.
Высокое содержание в сплаве железа приводит к
неоднородному распределению его в литой струк-
туре металла слитка: пониженному содержанию
по осям дендритов и повышенному — в межос-
ных объемах. В свою очередь это приводит к раз-
личной температуре полиморфного превращения
разных зон, неоднородному их упрочнению и не-
однородности механических свойств сплава [4].
В связи с этим актуальной задачей являет-
ся изучение возможностей получения сплава
Ti-10-2-3 альтернативными методами и исследо-
вание свойств полученного металла.
один из эффективных методов выплавки слож-
нолегированных титановых сплавов — процесс
магнитоуправляемой электрошлаковой плавки
(МЭП). отличительным признаком процесса
МЭП является электромагнитное воздействие на
металлургическую ванну, обеспечивающее интен-
сивное перемешивание жидкого металла, повы-
шение химической и структурной однородности
слитка [5, 6]. Указанные особенности определяют
перспективность применения данного процесса
для получения высокопрочного титанового сплава
Ti-10-2-3.
Цель настоящей работы заключалась в иссле-
довании структуры и механических свойств ти-
*Металлофизические исследования проводили в ИЭС им. Е. о. Патона НаНУ, Институте проблем материаловедения
им. И. Н. Францевича НаНУ, Институте проблем прочности им. Г. С. Писаренко НаНУ.
© И. В. ПРоТоКоВИЛоВ, Д. а. ПЕТРоВ, 2017
10 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
танового сплава Ti-10-2-3, полученного методом
МЭП в литом состоянии и после термомеханиче-
ской обработки.
Исходным материалом для плавок были элек-
троды диаметром 165 мм сплава Ti-10-2-3, полу-
ченные методом ВДП прессованной заготовки.
Электроды переплавляли методом МЭП в слитки
диаметром 215 и длиной 600 мм (рис. 1). Исполь-
зовали смешанный флюс на основе фторидов и
хлоридов щелочноземельных металлов.
Полученные слитки разрезали и часть металла
подвергли деформации и термообработке по схе-
ме, рекомендованной разработчиком сплава ком-
панией Timet [1]. Горячую деформацию проводили
по следующей схеме: нагрев до 1150 оС, проковка
слитка по образующей до сечения 120×120 мм, ох-
лаждение на воздухе; нагрев до 790 оС, проковка до
диаметра 100 мм, охлаждение на воздухе; рекри-
сталлизационный отжиг при 900 оС 4 ч, проковка
до диаметра 90 мм, охлаждение в воду; нагрев до
790 оС, проковка до диаметра 70 мм, охлаждение
на воздухе; порезка на заготовки высотой 100 мм;
нагрев до 840 оС, осадка со 100 до 50 мм, охлажде-
ние в воду; нагрев до 760 оС, осадка с 50 до 32 мм,
охлаждение на воздухе.
В результате проведенной деформации полу-
чены заготовки диаметром приблизительно 125 и
толщиной 32 мм (рис. 2), которые подвергли тер-
мообработке по следующему режиму: нагрев до
760 оС, выдержка 2 ч, охлаждение в воду; нагрев
до 500 оС, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе.
Результаты химического анализа образцов,
отобранных из разных частей слитка, приведены в
табл. 1. Полученные данные свидетельствуют, что
по химическому составу сплав Ti-10-2-3 техноло-
гии MЭП соответствует требованиям стандарта.
По основным компонентам состав слитка выдер-
жан в пределах от 0,1 до 0,6 мас. %. По сечению
слитка легирующие элементы распределены рав-
номерно, без признаков зональной ликвации. По
элементам внедрения, важным для механических
свойств b-сплавов (прежде всего для их пластич-
ности), материал слитка достаточно чистый (со-
держание [O], [N], [H] до 0,078; 0,016 и 0,0047 %
соответственно).
На рис. 3 приведены зависимости твердости
HV от температуры для металла в литом состоя-
нии и после деформации и термообработки.
По сравнению с литым состоянием деформиро-
ванный и термообработанный металл во всем ин-
тервале вплоть до рекристаллизации (600...650 оС)
показывает более высокую твердость (рис. 3). При
комнатной температуре уровень твердости де-
формированных и термообработанных образцов
составляет 3400…3500 МПа, что превышает твер-
дость литого сплава в среднем на 500 МПа.
На рис. 4 приведена макроструктура продоль-
ного сечения центральной части слитка. По ре-
зультатам оптических исследований шлифов в
различных плоскостях построена схема литой
структуры сплава (рис. 5). Схема привязана к
Рис. 1. Внешний вид расходуемых электродов и выплавлен-
ных слитков сплава Ti-10-2-3 диаметром 215 мм
Рис. 2. Деформированные заготовки сплава Ti-10-2-3
т а б л и ц а 1 . Химический состав сплава Ti-10-2-3 технологии MEП, мас. %
Номер образца Ti V Fe Al Si O H N
1 84,8 9,8 1,79 3,40 0,03 0,066 0,0037 0,016
2 84,4 9,8 1,80 3,30 0,03 0,078 0,0047 0,015
3 84,2 10,1 1,82 3,37 0,08 0,072 0,0045 0,013
Среднее значение 84,47 9,9 1,80 3,38 0,05 0,072 0,0043 0,015
Требования стандарта основа 9,0...11,0 1,6...2,2 2,6...3,4 – ≤ 0,13 ≤ 0,015 –
11ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
исходному слитку и наглядно иллюстрирует его
объемную структуру. Графически показаны харак-
терные зоны и величина зерна в отдельных местах
слитка.
анализ структуры металла не выявил внутрен-
них макро- и микродефектов. Наблюдаются незна-
чительные отличия в макроструктуре отдельных
частей слитка. В донной части и возле боковых
стенок слитка зерна вытянуты в направлении те-
плоотвода, в центральной части — однородны по
размеру. В среднем размер зерен литого метала со-
ставляет от 1 до 6 мм.
оптическая микроскопия деформированного
металла выявила однородную мелкозернистую
структуру, обусловленную значительной степе-
нью его деформации (рис. 6). Зерна имеют размер
от 0,2...0,3 до 0,5...0,6 мм. Наблюдается небольшая
вытянутость зерен, связанная со схемой деформа-
ции металла, но это не портит картину однород-
ной дисперсной структуры.
Микроструктура литого и деформированного
металла, выявленная при использовании транс-
миссионной электронной микроскопии представ-
лена на рис. 7.
В исходном состоянии литой сплав имеет двух-
фазную (a + b)-пластинчатую структуру. Размер
отдельных частиц a- и b-фаз зависит от конкрет-
ного места в зерне и в слитке и колеблется в преде-
лах от 0,2...0,5 до 1,2...1,8 мкм. В целом структура
сплава неоднородна и образует как бы конгломе-
раты из участков с различными типами структур:
двухфазная полосчатая с набором кристаллов фаз
различной величины, двухфазная мартенситная и
однофазная b-структура с вкраплениями a-фазы
(рис. 7, а–в).
Структура деформированного и термообрабо-
танного металла представляет собой смесь дис-
персных a- и b-фаз, образованных при распаде
мартенситной структуры закалки (рис. 7, г–е).
Эти фазы имеют в поперечном сечении размер
около 0,1 мкм, а в продольном в 10...20 раз боль-
ше. Иногда встречаются крупные частицы пер-
вичной a-фазы размером до 1...2 мкм (рис. 7, д).
Эти a-частицы не растворились при нагреве под
Рис. 3. Температурная зависимость твердости HV сплава
Ti-10-2-3 в литом состоянии (1) и после термомеханической
обработки (2, 3)
Рис. 4. Макроструктура продольного сечения слитка сплава
Ti-10-2-3
Рис. 5. Схема литой структуры слитка сплава Ti-10-2-3
Рис. 6. Макроструктура (×50) сплава Ti-10-2-3 после термоде-
формационной обработки
12 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
закалку, потому что закалка проводилась от тем-
пературы несколько ниже фазового превращения
(т. е. в (a + b)-области), иначе, могла возникнуть
опасность пережога металла пока он находился в
b-области.
На границах частиц первичной a-фазы часто
наблюдали как бы окантовку (рис. 7, е) из a-фазы
несколько измененного состава, которая образо-
валась при остывании от высоких температур или
во время отпуска. В целом, объемная доля частиц
a-фазы не превышает 5 %.
Механические свойства сплава изучали при
испытаниях на растяжение и ударную вязкость.
Для испытаний на растяжение применяли кру-
глые образцы с диаметром рабочей части 5 мм и
с рабочей длиной 25...30 мм. Испытания на удар-
ный изгиб проводили с использованием образцов
с U-образным надрезом. образцы литого метал-
ла вырезали в направлении вдоль и поперек оси
слитка, деформированного — поперек. Получен-
ные результаты приведены в табл. 2.
В литом состоянии образцы показали достаточ-
но высокую прочность на уровне 936...1012 МПа
и невысокую пластичность d = 1,7...12,5 %. При
этом имел место большой разброс механических
свойств. Так, пределы прочности некоторых об-
разцов отличались на 76 МПа. Это связано с тем,
что образцы для испытаний на растяжение изго-
тавливали с рабочим диаметром 5 мм, а размер
зерна литого металла изменялся в отдельных ме-
стах слитка от 1 до 6 мм, что исключало усредне-
ние механических свойств и приводило к разбросу
данных при испытаниях.
Все образцы деформированного и термообра-
ботанного металла показали высокую прочность
(1190...1210 МПа) и сравнительно высокую пластич-
ность (d = 11,7...14,0 %), при этом все разрушались
с образованием шейки. Разброс значений предела
прочности не превышал 20 МПа (1,7 %), что свиде-
тельствует о хорошей однородности металла.
Исследование поверхности разрушения образ-
цов после растяжения выполняли в широком ин-
тервале увеличений с применением оптической и
электронной микроскопии. Полученные фракто-
граммы приведены на рис. 8. В большинстве слу-
чаев как для литого, так и для термообработанного
металла электронная микроскопия фиксирует на
поверхности образцов вязкое ямочное разруше-
ние (рис. 8, а–в, е). Часто наблюдается многоуров-
невая схема формирования ямок: самые мелкие
ямки образуют при слиянии более крупные, а те, в
свою очередь, еще более крупные и т. д. (рис. 8, б).
Рис. 7. Микроструктура сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии: а — ×29000; б — ×8000; в — ×15000; после термомеханической
обработки: г — ×48000; д — ×10000; е — ×36000
т а б л и ц а 2 . Механические свойства сплава Ti-10-2-3
технологии MЭП в литом состоянии и после деформа-
ции и термообработки
Номер
образца
sв, МПа s0,2, МПа d, % y, %
KCU,
Дж/см2
Литое состояние
1 936 884,7 2,7 6,0 –
2 968 916 12,4 17,3 –
3 1012 916 1,7 15,5 –
4 988 956 1,7 7,9 –
Среднее
значение 976 918,2 4,6 11,7 –
После деформации и термообработки
1 1198,2 1123,6 11,7 29,2 5,5
2 1192,5 1113,0 13,6 41,2 4,5
3 1189,6 1116,0 14,0 39,2 5,0
4 1209,5 1132,2 13,0 35,5 5,1
Среднее
значение 1197,5 1121,2 13,1 36,3 5,0
13ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Глубина ямок небольшая, т. е. вязкое межзеренное
разрушение происходит в минимально узком слое
металла, прилегающем к границе (рис. 8, в). Ино-
гда встречаются участки хрупкого разрушения, но
в целом преобладает вязкий характер разрушения,
когда даже скол плавно переходит в ямочное раз-
рушение (рис. 8, г). На всех образцах микропор
или твердых включений, которые были бы причи-
ной возникновения разрушения, не обнаружено.
Таким образом, проведенные исследования по-
казали, что по химическому составу, структуре и
механическим свойствам титановый сплав Ti-10-2-3
электрошлакового переплава соответствует техни-
ческим условиям и табличным данным, характер-
ным для этого материала. Полученные результаты
свидетельствуют о возможности изготовления ка-
чественных слитков высокопрочного титанового
сплава Ti-10-2-3 методом МЭП.
Выводы
1. отработаны режимы магнитоуправляемой элек-
трошлаковой плавки и последующей термодефор-
мационной обработки слитков высокопрочного
титанового сплава Ti-10-2-3.
2. Установлено, что по химическому соста-
ву сплав Ti-10-2-3, полученный с применением
MЭП, соответствует требованиям стандарта.
3. анализ структуры литого и деформирован-
ного металла не выявил внутренних макро- и
микродефектов. Размер зерен литого металла в
среднем составил 1...6 мм, а деформированного и
термообработанного — 0,2...0,6 мм.
4. Прочность сплава в литом состоянии равна
936...1012 МПа при пластичности 1,7...12,5 %, а
термообработанного металла — 1190...1210 МПа
и 11,7...14,0 % соответственно.
5. Исследования поверхности образцов после
испытаний на растяжение выявили преобладаю-
щий характер вязкого ямочного разрушения.
Список литературы
1. TIMETAL 10-2-3. Электронный ресурс. Режим доступа
http://www.timet.com/images/document/ingot/TIMETAL_
10-2-3.pdf
2. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые
сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. — М.:
ВИЛС–МаТИ, 2009. — 520 с.
3. Ишунькина T. B. бета-титановые сплавы // Технология
легких сплавов. — 1990. — № 10. — С. 56–70.
4. Хоpев А. И. Теоpия и пpактика создания совpеменных
титановых сплавов для пеpспективных констpукций //
Технология машиностроения. — 2007. — № 12 (66). —
С. 5–12.
5. Компан Я. Ю., Протоковилов И. В., Назарчук А. Т. Мелко-
зернистые слитки многокомпонентных титановых спла-
вов // Теория и практика металлургии. — 2008. — № 2. —
С. 35–40.
6. Протоковилов И. В., Петров Д. А., Порохонько В. Б.
Электрошлаковая выплавка и термомеханическая обра-
ботка высокопрочного титанового псевдо b-сплава ТС6 //
Современная электрометаллургия. — 2016. — № 3. —
С. 16–20.
References
1. TIMETAL 10-2-3. Elektronny resurs. Rezhim dostupa http://
www.timet.com/images/document/ingot/TIMETAL_10-2-3.pdf
2. Ilyin A. A., Kolachev B. A., Polkin I. S. Titanovye splavy.
Sostav, struktura, svoystva. Spravochnik. — M.: VILS–
MATI, 2009. — 520 s.
3. Ishunkina T. B. Beta-titanovye splavy // Tekhnologiya legkikh
splavov. — 1990. — № 10. — S. 56–70.
4. Khopev A. I. Teopiya i ppaktika sozdaniya sovpemennykh
titanovykh splavov dlya perspektivnykh konstpuktsy //
Tekhnologiya mashinostroyeniya. — 2007. — № 12 (66). —
S. 5–12.
Рис. 8. Фрактограммы разрывных образцов сплава Ti-10-2-3 в литом состоянии: а — ×200; б — ×400; в — ×2000; после дефор-
мации и термообработки: г — ×500; д — ×1500; е — ×5000
14 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
5. Kompan Ya. Yu., Protokovilov I. V., Nazarchuk A. T.
Melkozernistye slitki mnogokomponentnykh titanovykh
splavov // Teoriya i praktika metallurgii. — 2008. — № 2. —
S. 35–40.
6. Protokovilov I. V., Petrov D. A., Porokhonko V. B.
Elektroshlakovaya vyplavka i termomekhanicheskaya
obrabotka vysokoprochnogo titanovogo psevdo β-splava
TS6 // Sovremennaya elektrometallurgiya. — 2016. —
№ 3. — S. 16–20.
СтруКтурА і ВЛАСтИВоСті ВИСоКоМіцНоГо тИтАНоВоГо СПЛАВу Ti-10-2-3
ЕЛЕКтроШЛАКоВоГо ПЕрЕПЛАВу
і. В. Протоковілов, Д. А. Петров
Інститут електрозварювання ім. Є. о. Патона НаН України.
03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Наведені результати досліджень хімічного складу, структури і механічних властивостей високоміцного тита-
нового сплаву Ti-10-2-3 в литому стані та після термомеханічної обробки. Зливки отримані шляхом перепла-
ву витратних електродів в електрошлаковій печі камерного типу із застосуванням електромагнітного впливу
на металургійну ванну. Литий метал піддавали термодеформаційній обробці з подальшим гартуванням і ста-
рінням. аналіз структури металу не виявив внутрішніх макро- і мікродефектів. Розмір зерен литого металу
в середньому становив 1...6, а деформованого і термообробленого — 0,2...0,6 мм. В литому стані міцність
сплаву становила 936...1012 МПа при пластичності 1,7...12,5 %, а в термообробленому — 1190...1210 МПа та
11,7...14,0 % відповідно. Дослідження поверхні руйнування зразків після випробувань на розтягування виявили
переважаючий характер в’язкого руйнування. Показано, що за структурою, хімічним складом та механічними
властивостями титановий сплав Ti-10-2-3 електрошлакового переплаву відповідає технічним умовам на даний
матеріал. бібліогр. 6, табл. 2, іл. 8.
К л ю ч о в і с л о в а : електрошлаковий переплав; електромагнітний вплив; титановий сплав Ti-10-2-3; зли-
вок; термомеханічна обробка; структура; механічні властивості
STRUCTURE AND PROPERTIES OF HIGH-STRENGTH TITANIUM ALLOY TI-10-2-3
OF ELECTROSLAG REMELTING
I.V. Protokovilov, D.A. Petrov
E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU.
11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
Results of investigations of chemical composition, structure and mechanical properties of high-strength titanium
alloy Ti-10-2-3 in as-cast state and after thermomechanical treatment are given. Ingots were produced by remelting of
consumable electrodes in a chamber-type electroslag furnace using the electromagnetic effect on the metallurgical pool.
The cast metal was subjected to the thermal deformational treatment with a subsequent hardening and ageing. Analysis
of metal structure did not reveal internal macro-and microdefects. Grain size of cast metal was on average 1…6,
while that of deformed and heat-treated ones was 0.2…0.5 mm. In cast state the alloy strength was 936…1012 MPa
at ductility of 1.7…12.5 %, while in heat-treated state it was 1190…1210 MPA and 11.7…14.9 %, respectively. The
investigations of fracture surface of specimens after tensile tests revealed the dominating nature of a tough fracture. It
is shown that as to the structure, chemical composition and mechanical properties the titanium alloy Ti-10-2-3 of the
electroslag remelting meets the technical specifications for the given material. Ref. 6, Tables 2, Figures 8.
K e y w o r d s : electroslag remelting; electromagnetic effect; titanium alloy Ti-10-2-3; ingot; thermomechanical
treatment; structure; mechanical properties
Поступила 25.01.2017
|