Металловедение сварки стали и сплавов титана

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Металловедение сварки стали и сплавов титана

В монографии рассмотрены вопросы теории фазовых превращений в сталях и сплавах титана в неравновесных условиях, характерных для сварки, а также ряд процессов термической и термопластической обработки, осуществляемых при непрерывном изменении температуры. Дан анализ механизма задержанного разрушения закаленной стали и сплавов титана с различным пределом текучести и условий образования холодных трещин в сварных соединениях этих материалов. Систематизированы и предложены новые меры предупреждения трещин путем рационального легирования и применения технологических средств сварки термической и термомеханической обработки. Разработана система критериев расчетного выбора параметров режимов и технологии сварки и последующей термообработки, обеспечивающих оптимальные свойства и структуру сварных соединений. Рассмотрены новые пути повышения прочности сварных соединений и конструкций с помощью термомеханической и механико-термичгской обработки.
...
Книга обобщает исследования автора, выполненные в Институте металлургии им. А. А. Байкова в течение 1953—1963 гг. Она предназначается для научных работников, занятых теоретическим изучением металловедения, прочности, технологии сварочных процессов, термической и термопластической обработки, а также для широкого круга инженеров—сварщиков и термистов, занятых в химическом, энергетическом и общем машиностроении, судостроении, оборонной и авиационной промышленности.
...
В монографии рассмотрены вопросы теории фазовых превращений в сталях и сплавах титана в неравновесных условиях, характерных для сварки, а также ряд процессов термической и термопластической обработки, осуществляемых при непрерывном изменении температуры. Дан анализ механизма задержанного разрушения закаленной стали и сплавов титана с различным пределом текучести и условий образования холодных трещин в сварных соединениях этих материалов. Систематизированы и предложены новые меры предупреждения трещин путем рационального легирования и применения технологических средств сварки термической и термомеханической обработки. Разработана система критериев расчетного выбора параметров режимов и технологии сварки и последующей термообработки, обеспечивающих оптимальные свойства и структуру сварных соединений. Рассмотрены новые пути повышения прочности сварных соединений и конструкций с помощью термомеханической и механико-термичгской обработки.
...
Книга обобщает исследования автора, выполненные в Институте металлургии им. А. А. Байкова в течение 1953—1963 гг. Она предназначается для научных работников, занятых теоретическим изучением металловедения, прочности, технологии сварочных процессов, термической и термопластической обработки, а также для широкого круга инженеров—сварщиков и термистов, занятых в химическом, энергетическом и общем машиностроении, судостроении, оборонной и авиационной промышленности.
...
Легированные стали повышенной и высокой прочности занимают в народном хозяйстве одно из ведущих мест среди материалов для ответственных сварных конструкций. Титан и его сплавы являются новыми конструкционными материалами. Благодаря исключительно выгодному сочетанию удельной прочности с коррозионной стойкостью и теплоустойчивостью, они с каждым годом находят все новые и новые области применения, с успехом заменяя ряд высокопрочных и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, магния и некоторых других цветных металлов. В настоящее время сплавы титана наряду с легированными сталями используются как в новых отраслях техники (ракетостроение, атомная энергетика, реактивная авиация), так и в судостроении, энергетическом, химическом и общем машиностроении. В решениях партии и правительства, направленных на скорейшее создание материально-технической базы коммунизма и укрепление обороноспособности нашей страны, развитию производства высокопрочных сталей и сплавов титана уделяется первостепенное внимание.
...
Успех в создании и внедрении в промышленность новых марок высокопрочной легированной стали и сплавов титана во многом определяется степенью разработки вопросов металловедения и металлургии сварки этих материалов. Уже сейчас можно утверждать, что ряд требований (чистота, химический состав, структура и свойства основного металла, присадочные материалы), определяемых сварочными процессами, способствовал улучшению технологии металлургического производства и уточнению систем легирования и допустимого содержания примесей. Особенно это относится к сплавам титана, производство которых находится в стадии становления.
...
Высокий уровень развития сварочных процессов у нас в стране был достигнут в годы советской власти благодаря фундаментальным исследованиям советских ученых в области новых источников энергии, способов и оборудования для сварки, теории тепловых процессов, металлургии, металловедения и прочности, проведенным в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР, ЦНИИТМаш, ИМЕТ им. А. А. Байкова, МВТУ, ЛПИ, МАТИ, ЦКТИ, ЦНИИЧермет и ряде других институтов и заводских лабораторий. К их числу относятся также исследования по теории и технологии сварки легированной стали повышенной и высокой прочности и сплавов титана.
...
Легированные стали повышенной и высокой прочности занимают в народном хозяйстве одно из ведущих мест среди материалов для ответственных сварных конструкций. Титан и его сплавы являются новыми конструкционными материалами. Благодаря исключительно выгодному сочетанию удельной прочности с коррозионной стойкостью и теплоустойчивостью, они с каждым годом находят все новые и новые области применения, с успехом заменяя ряд высокопрочных и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, магния и некоторых других цветных металлов. В настоящее время сплавы титана наряду с легированными сталями используются как в новых отраслях техники (ракетостроение, атомная энергетика, реактивная авиация), так и в судостроении, энергетическом, химическом и общем машиностроении. В решениях партии и правительства, направленных на скорейшее создание материально-технической базы коммунизма и укрепление обороноспособности нашей страны, развитию производства высокопрочных сталей и сплавов титана уделяется первостепенное внимание.
...
Успех в создании и внедрении в промышленность новых марок высокопрочной легированной стали и сплавов титана во многом определяется степенью разработки вопросов металловедения и металлургии сварки этих материалов. Уже сейчас можно утверждать, что ряд требований (чистота, химический состав, структура и свойства основного металла, присадочные материалы), определяемых сварочными процессами, способствовал улучшению технологии металлургического производства и уточнению систем легирования и допустимого содержания примесей. Особенно это относится к сплавам титана, производство которых находится в стадии становления.
...
Высокий уровень развития сварочных процессов у нас в стране был достигнут в годы советской власти благодаря фундаментальным исследованиям советских ученых в области новых источников энергии, способов и оборудования для сварки, теории тепловых процессов, металлургии, металловедения и прочности, проведенным в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР, ЦНИИТМаш, ИМЕТ им. А. А. Байкова, МВТУ, ЛПИ, МАТИ, ЦКТИ, ЦНИИЧермет и ряде других институтов и заводских лабораторий. К их числу относятся также исследования по теории и технологии сварки легированной стали повышенной и высокой прочности и сплавов титана.
...
Среди этих трудов исследования М. X. Шоршорова отличаются своим подходом к изучению и регулированию физических процессов в металлах при сварке. Этот подход основан на теории тепловых процессов и на тех расчетных методах, которыми она располагает для анализа изменения температуры, деформаций и
...
Фазовые превращения и структурные изменения легированной стали и сплавов титана в условиях непрерывного нагрева и охлаждения при сварке с учетом изменений физической и химической неоднородности высокотемпературных фаз, а также факторы и явления, определяющие степень этой неоднородности: характер исходной структуры; взаимодействие мигрирующих границ с примесями и легирующими элементами при собирательной рекристаллизации; перераспределение легирующих элементов и примесей между матрицей и новыми твердыми и жидкими фазами, образующимися при высокотемпературном нагреве; гомогенизация; взаимодействие дислокаций, возникающих вследствие пластической деформации, с легирующими элементами и примесями и т. д.
...
сплавов титана с различным пределом текучести и образования холодных трещин в сварных соединениях этих материалов (рассматривается с позиций современных представлений теории вакансий и дислокаций); причины, условия возникновения и меры предупреждения этого технологического дефекта, в частности путем термомеханической обработки сварных изделий.
...
Критерии расчетного выбора технологии и режимов сварки, основанные на установлении связи между параметрами термических циклов и изменениями структуры и механических свойств сварных соединений с учетом рационального сочетания режимов термообработки до и после сварки; характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и рекомендации по их легированию; повышение прочности сварных соединений сталей и сплавов титана с помощью тер-момеханической и механико-термической обработки.
...
Среди этих трудов исследования М. X. Шоршорова отличаются своим подходом к изучению и регулированию физических процессов в металлах при сварке. Этот подход основан на теории тепловых процессов и на тех расчетных методах, которыми она располагает для анализа изменения температуры, деформаций
...
Новейшие представления в области физического металловедения, теории дислокаций, механики материалов и теории тепловых процессов при сварке позволили автору дать современную физическую трактовку процессов, определяющих структуру и свойства сварных соединений, а также предложить ряд новых методов их исследования и регулирования. Практическая ценность монографии заключается в том, что она обосновывает расчетный выбор технологии сварки сталей и сплавов титана и пролагает новые пути повышения прочности сварных соединений и конструкций из этих материалов.
...
Монография построена в основном на материалах оригинальных исследований автора, охватывающих большую группу промышленных и опытных перлитных и мартенситных сталей, а- и а + р-сплавов титана. Исследования проведены в 1952—1963 гг. в Институте металлургии им. А. А. Байкова.
...
Монография предназначена для научных работников и инженеров, занятых изучением металловедения и технологии сварки, термической обработки и новых процессов повышения прочности металлов и сварных конструкций, основанных на комбинации термической обработки с пластической деформацией. Благодаря разработке ряда общих вопросов теории фазовых превращений в неравновесных условиях и механизма задержанного разрушения металлов книга представляет интерес и для специалистов в области физического металловедения и прочности.
...
Новейшие представления в области физического металловедения, теории дислокаций, механики материалов и теории тепловых процессов при сварке позволили автору дать современную физическую трактовку процессов, определяющих структуру и свойства сварных соединений, а также предложить ряд новых методов их исследования и регулирования. Практическая ценность монографии заключается в том, что она обосновывает расчетный выбор технологии сварки сталей и сплавов титана и пролагает новые пути повышения прочности сварных соединений и конструкций из этих материалов.
...
Монография построена в основном на материалах оригинальных исследований автора, охватывающих большую группу промышленных и опытных перлитных и мартенситных сталей, а- и а + р-сплавов титана. Исследования проведены в 1952—1963 гг. в Институте металлургии им. А. А. Байкова.
...
Монография предназначена для научных работников и инженеров, занятых изучением металловедения и технологии сварки, термической обработки и новых процессов повышения прочности металлов и сварных конструкций, основанных на комбинации термической обработки с пластической деформацией. Благодаря разработке ряда общих вопросов теории фазовых превращений в неравновесных условиях и механизма задержанного разрушения металлов книга представляет интерес и для специалистов в области физического металловедения и прочности.
...
Новейшие представления в области физического металловедения, теории дислокаций, механики материалов и теории тепловых процессов при сварке позволили автору дать современную физическую трактовку процессов, определяющих структуру и свойства сварных соединений, а также предложить ряд новых методов их исследования и регулирования. Практическая ценность монографии заключается в том, что она обосновывает расчетный выбор технологии сварки сталей и сплавов титана и пролагает новые пути повышения прочности сварных соединений и конструкций из этих материалов.
...
Основные проблемы повышения конструктивной прочности сварных изделий из перлитных и мартенситных сталей и а- и а-f |3-сплавов титана связаны с высокой склонностью этих материалов к образованию холодных трещин при сварке и задержанному разрушению, а также с понижением пластичности и прочности соединений в сравнении с основным металлом. В ряде случаев известные методы упрочнения за счет легирования и термической обработки не позволяют удовлетворительно решать эту проблему без специальных методов регулирования структуры и свойств сварных соединений в процессе сварки. Указанные стали и сплавы титана обладают повышенной реакцией на термический цикл сварки, в результате чего в околошовной зоне, шве и других участках сварных соединений происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств. К основным явлениям, лимитирующим повышение конструктивной прочности сварных изделий из этих материалов, следует отнести: развитие химической и физической неоднородности в сварных швах (внутрикристаллическая неоднородность, полигонизация), в околошовной зоне (рост зерна, перегрев) и на границе сплавления, образование хрупких закалочных структур в шве и околошовной зоне, разупрочнение основного металла в участках высокого отпуска или рекристаллизации обработки и т. д.
...
В настоящее время исследователи и практики в области сварки располагают более широкими возможностями воздействия на металл сварных швов, чем на основной металл в зоне термического влияния и особенно в околошовном ее участке. К этим мерам улучшения свойств сварных швов относятся: использование присадочного металла, отличающегося от основного металла химическим составом или малым содержанием вредных примесей; применение защитных газов или специальных модифицирующих галоидных бескислородных флюсов, сварка без присадочного металла и т. д. Известные меры воздействия на основной металл в околошовной зоне и других участках зоны термического влияния (регулирование скорости охлаждения, длительности пребывания металла выше определенной критической температуры и т. п. путем изменения погонной энергии источников теплоты, применения специальных видов технологии многослойной сварки и подогрева, термообработки до и после сварки) не всегда приводят к положительным результатам. В большинстве случаев это обусловлено недостаточной исследованностью кинетики фазовых превращений и структурных изменений в специфических условиях термического цикла сварки, а в ряде случаев неудачной композицией основного металла и неправильным выбором присадочных материалов.
...
Структурные изменения перлитных и мартенситных сталей и а- и а-)-(З-сплавов титана в твердом состоянии имеют много общих черт благодаря наличию полиморфных превращений. Близким является также и подход к регулированию структуры и свойств при сварке и термообра-
...
Основные проблемы повышения конструктивной прочности сварных изделий из перлитных и мартенситных сталей и а- и а-f |3-сплавов титана связаны с высокой склонностью этих материалов к образованию холодных трещин при сварке и задержанному разрушению, а также с понижением пластичности и прочности соединений в сравнении с основным металлом. В ряде случаев известные методы упрочнения за счет легирования и термической обработки не позволяют удовлетворительно решать эту проблему без специальных методов регулирования структуры и свойств сварных соединений в процессе сварки. Указанные стали и сплавы титана обладают повышенной реакцией на термический цикл сварки, в результате чего в околошовной зоне, шве и других участках сварных соединений происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств. К основным явлениям, лимитирующим повышение конструктивной прочности сварных изделий из этих материалов, следует отнести: развитие химической и физической неоднородности в сварных швах (внутрикристаллическая неоднородность, полигонизация), в околошовной зоне (рост зерна, перегрев) и на границе сплавления, образование хрупких закалочных структур в шве и околошовной зоне, разупрочнение основного металла в участках высокого отпуска или рекристаллизации обработки и т. д.
...
В настоящее время исследователи и практики в области сварки располагают более широкими возможностями воздействия на металл сварных швов, чем на основной металл в зоне термического влияния и особенно в околошовном ее участке. К этим мерам улучшения свойств сварных швов относятся: использование присадочного металла, отличающегося от основного металла химическим составом или малым содержанием вредных примесей; применение защитных газов или специальных модифицирующих галоидных бескислородных флюсов, сварка без присадочного металла и т. д. Известные меры воздействия на основной металл в околошовной зоне и других участках зоны термического влияния (регулирование скорости охлаждения, длительности пребывания металла выше определенной критической температуры и т. п. путем изменения погонной энергии источников теплоты, применения специальных видов технологии многослойной сварки и подогрева, термообработки до и после сварки) не всегда приводят к положительным результатам. В большинстве случаев это обусловлено недостаточной исследованностью кинетики фазовых превращений и структурных изменений в специфических условиях термического цикла сварки, а в ряде случаев неудачной композицией основного металла и неправильным выбором присадочных материалов.
...
Структурные изменения перлитных и мартенситных сталей и а- и а-)-(З-сплавов титана в твердом состоянии имеют много общих черт благодаря наличию полиморфных превращений. Близким является также и подход к регулированию структуры и свойств при сварке и термообра-
...
Основные проблемы повышения конструктивной прочности сварных изделий из перлитных и мартенситных сталей и а- и а-f |3-сплавов титана связаны с высокой склонностью этих материалов к образованию холодных трещин при сварке и задержанному разрушению, а также с понижением пластичности и прочности соединений в сравнении с основным металлом. В ряде случаев известные методы упрочнения за счет легирования и термической обработки не позволяют удовлетворительно решать эту проблему без специальных методов регулирования структуры и свойств сварных соединений в процессе сварки. Указанные стали и сплавы титана обладают повышенной реакцией на термический цикл сварки, в результате чего в околошовной зоне, шве и других участках сварных соединений происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств. К основным явлениям, лимитирующим повышение конструктивной прочности сварных изделий из этих материалов, следует отнести: развитие химической и физической неоднородности в сварных швах (внутрикристаллическая неоднородность, полигонизация), в околошовной зоне (рост зерна, перегрев) и на границе сплавления, образование хрупких закалочных структур в шве и околошовной зоне, разупрочнение основного металла в участках высокого отпуска или рекристаллизации обработки и т. д.
...
В настоящее время исследователи и практики в области сварки располагают более широкими возможностями воздействия на металл сварных швов, чем на основной металл в зоне термического влияния и особенно в околошовном ее участке. К этим мерам улучшения свойств сварных швов относятся: использование присадочного металла, отличающегося от основного металла химическим составом или малым содержанием вредных примесей; применение защитных газов или специальных модифицирующих галоидных бескислородных флюсов, сварка без присадочного металла и т. д. Известные меры воздействия на основной металл в околошовной зоне и других участках зоны термического влияния (регулирование скорости охлаждения, длительности пребывания металла выше определенной критической температуры и т. п. путем изменения погонной энергии источников теплоты, применения специальных видов технологии многослойной сварки и подогрева, термообработки до и после сварки) не всегда приводят к положительным результатам. В большинстве случаев это обусловлено недостаточной исследованностью кинетики фазовых превращений и структурных изменений в специфических условиях термического цикла сварки, а в ряде случаев неудачной композицией основного металла и неправильным выбором присадочных материалов.
...
Основные проблемы повышения конструктивной прочности сварных изделий из перлитных и мартенситных сталей и а- и а-f |3-сплавов титана связаны с высокой склонностью этих материалов к образованию холодных трещин при сварке и задержанному разрушению, а также с понижением пластичности и прочности соединений в сравнении с основным металлом. В ряде случаев известные методы упрочнения за счет легирования и термической обработки не позволяют удовлетворительно решать эту проблему без специальных методов регулирования структуры и свойств сварных соединений в процессе сварки. Указанные стали и сплавы титана обладают повышенной реакцией на термический цикл сварки, в результате чего в околошовной зоне, шве и других участках сварных соединений происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств. К основным явлениям, лимитирующим повышение конструктивной прочности сварных изделий из этих материалов, следует отнести: развитие химической и физической неоднородности в сварных швах (внутрикристаллическая неоднородность, полигонизация), в околошовной зоне (рост зерна, перегрев) и на границе сплавления, образование хрупких закалочных структур в шве и околошовной зоне, разупрочнение основного металла в участках высокого отпуска или рекристаллизации обработки и т. д.
...
ботке. Однако имеется и ряд существенных отличий, предопределяющих неодинаковое поведение этих материалов в процессе обработки давлением, сварки, термической обработки и в эксплуатации. Наиболее существенными особенностями сплавов титана являются невозможность исправления грубой перегретой структуры путем фазовой перекристаллизации из-за малого объемного эффекта полиморфного превращения; высокая активность по отношению к атмосферным газам; способность образовывать гидриды; повышенная склонность к локальной внутризерепной деформации из-за отсутствия множественного скольжения у сплавов с а-структурой, имеющей плотноупакованную гексагональную решетку; замедленный эвтек-тоидный распад; относительно низкая теплопроводность; невысокий модуль упругости; малая разница между величинами пределов текучести и прочности и т. д. Из-за этих, а также некоторых других особенностей обеспечение высоких механических свойств сварных соединений ряда сплавов титана часто представляет собой более сложную задачу, чем при сварке перлитных сталей. Однако некоторые высокопрочные сплавы титана имеют ряд преимуществ в сравнении с мартенситными сталями с повышенным содержанием углерода, которые вследствие образования более хрупких закалочных структур обладают повышенной склонностью к растрескиванию.
...
Уже из этого краткого анализа видно, что постановка параллельного исследования особенностей поведения этих материалов при сварке представляет определенный научный и практический интерес. Целесообразность такого подхода обусловлена еще и тем, что стали и сплавы титапа во многих случаях предназначаются для одинаковых объектов. Решение же вопроса о применении того или иного материала зависит не только от более высоких эксплуатационных показателей, но часто и от технологических преимуществ при производстве сварных конструкций.
...
При написании монографии автор ставил перед собой задачу разработать и рассмотреть следующие основные вопросы теории и практики металловедения сварки сталей и сплавов титана:
...
При сварке плавлением превращения в основном металле протекают в сложной и непрерывно изменяющейся обстановке, которая существенна
...
ботке. Однако имеется и ряд существенных отличий, предопределяющих неодинаковое поведение этих материалов в процессе обработки давлением, сварки, термической обработки и в эксплуатации. Наиболее существенными особенностями сплавов титана являются невозможность исправления грубой перегретой структуры путем фазовой перекристаллизации из-за малого объемного эффекта полиморфного превращения; высокая активность по отношению к атмосферным газам; способность образовывать гидриды; повышенная склонность к локальной внутризерепной деформации из-за отсутствия множественного скольжения у сплавов с а-структурой, имеющей плотноупакованную гексагональную решетку; замедленный эвтек-тоидный распад; относительно низкая теплопроводность; невысокий модуль упругости; малая разница между величинами пределов текучести и прочности и т. д. Из-за этих, а также некоторых других особенностей обеспечение высоких механических свойств сварных соединений ряда сплавов титана часто представляет собой более сложную задачу, чем при сварке перлитных сталей. Однако некоторые высокопрочные сплавы титана имеют ряд преимуществ в сравнении с мартенситными сталями с повышенным содержанием углерода, которые вследствие образования более хрупких закалочных структур обладают повышенной склонностью к растрескиванию.
...
ботке. Однако имеется и ряд существенных отличий, предопределяющих неодинаковое поведение этих материалов в процессе обработки давлением, сварки, термической обработки и в эксплуатации. Наиболее существенными особенностями сплавов титана являются невозможность исправления грубой перегретой структуры путем фазовой перекристаллизации из-за малого объемного эффекта полиморфного превращения; высокая активность по отношению к атмосферным газам; способность образовывать гидриды; повышенная склонность к локальной внутризерепной деформации из-за отсутствия множественного скольжения у сплавов с а-структурой, имеющей плотноупакованную гексагональную решетку; замедленный эвтек-тоидный распад; относительно низкая теплопроводность; невысокий модуль упругости; малая разница между величинами пределов текучести и прочности и т. д. Из-за этих, а также некоторых других особенностей обеспечение высоких механических свойств сварных соединений ряда сплавов титана часто представляет собой более сложную задачу, чем при сварке перлитных сталей. Однако некоторые высокопрочные сплавы титана имеют ряд преимуществ в сравнении с мартенситными сталями с повышенным содержанием углерода, которые вследствие образования более хрупких закалочных структур обладают повышенной склонностью к растрескиванию.
...
отличается от термообработки. Наиболее важными процессами, определяющими характер и кинетику превращения в твердом состоянии, являются непрерывный нагрев и последующее охлаждение металла, а также развитие в нем деформаций и напряжений. В то же время фазовые превращения сами оказывают существенное влияние на кинетику развития деформаций и напряжений. Без достаточно полного представления об основных закономерностях этих процессов нельзя анализировать ни кинетику превращений, ни их влияние на технологическую и эксплуатационную прочность сварных соединений. Поэтому перед изложением особенностей фазовых превращений в характерных для сварки неравновесных условиях необходимо было кратко рассмотреть основные виды превращений в сталях и сплавах титана в твердом состоянии в изотермических условиях и дать анализ обстановки, в которой они протекают при сварке, т. е. обсудить закономерности связи между изменением температуры и развитием деформаций и напряжений.
...
Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на" сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке.
...
Главное внимание в монографии уделено процессам в зоне термического влияния не только в связи с тем, что они недостаточно рассмотрены в работах других авторов, но в основном потому, что наиболее резкие изменения структуры и свойств сплавов при сварке в однородных сочетаниях происходят именно в этой зоне сварных соединений. Однако исследования свариваемости сталей и сплавов титана лишь в зоне термического влияния не могли бы претендовать на полноту без одновременного анализа процессов в шве и на границе сплавления. Поэтому эти вопросы также рассмотрены в настоящей работе, хотя и в более ограниченном объеме.
...
Включенные в монографию исследования выполнены под руководством автора в лаборатории теории сварочных процессов Института металлургии им. А. А. Байкова. Автор благодарит своего учителя, члена-корреспондента АН СССР Н. Н. Рыкалина за постоянное внимание и поддержку, которые он оказывал при постановке и проведении рассматриваемого комплекса работ, а также сотрудников В. В. Белова, Г. Е. Каинову, Г. Н. Клебанова, А. С. Котелкина, В. Н. Матханова, В. Н. Мещерякова, Г. В. Назарова, А. М. Сенина, Б. А. Смирнова и И. Ф. Суркову, которые участвовали в создании аппаратуры и проведении экспериментальной части исследований.
...
отличается от термообработки. Наиболее важными процессами, определяющими характер и кинетику превращения в твердом состоянии, являются непрерывный нагрев и последующее охлаждение металла, а также развитие в нем деформаций и напряжений. В то же время фазовые превращения сами оказывают существенное влияние на кинетику развития деформаций и напряжений. Без достаточно полного представления об основных закономерностях этих процессов нельзя анализировать ни кинетику превращений, ни их влияние на технологическую и эксплуатационную прочность сварных соединений. Поэтому перед изложением особенностей фазовых превращений в характерных для сварки неравновесных условиях необходимо было кратко рассмотреть основные виды превращений в сталях и сплавах титана в твердом состоянии в изотермических условиях и дать анализ обстановки, в которой они протекают при сварке, т. е. обсудить закономерности связи между изменением температуры и развитием деформаций и напряжений.
...
Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на" сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке.
...
Главное внимание в монографии уделено процессам в зоне термического влияния не только в связи с тем, что они недостаточно рассмотрены в работах других авторов, но в основном потому, что наиболее резкие изменения структуры и свойств сплавов при сварке в однородных сочетаниях происходят именно в этой зоне сварных соединений. Однако исследования свариваемости сталей и сплавов титана лишь в зоне термического влияния не могли бы претендовать на полноту без одновременного анализа процессов в шве и на границе сплавления. Поэтому эти вопросы также рассмотрены в настоящей работе, хотя и в более ограниченном объеме.
...
Включенные в монографию исследования выполнены под руководством автора в лаборатории теории сварочных процессов Института металлургии им. А. А. Байкова. Автор благодарит своего учителя, члена-корреспондента АН СССР Н. Н. Рыкалина за постоянное внимание и поддержку, которые он оказывал при постановке и проведении рассматриваемого комплекса работ, а также сотрудников В. В. Белова, Г. Е. Каинову, Г. Н. Клебанова, А. С. Котелкина, В. Н. Матханова, В. Н. Мещерякова, Г. В. Назарова, А. М. Сенина, Б. А. Смирнова и И. Ф. Суркову, которые участвовали в создании аппаратуры и проведении экспериментальной части исследований.
...
отличается от термообработки. Наиболее важными процессами, определяющими характер и кинетику превращения в твердом состоянии, являются непрерывный нагрев и последующее охлаждение металла, а также развитие в нем деформаций и напряжений. В то же время фазовые превращения сами оказывают существенное влияние на кинетику развития деформаций и напряжений. Без достаточно полного представления об основных закономерностях этих процессов нельзя анализировать ни кинетику превращений, ни их влияние на технологическую и эксплуатационную прочность сварных соединений. Поэтому перед изложением особенностей фазовых превращений в характерных для сварки неравновесных условиях необходимо было кратко рассмотреть основные виды превращений в сталях и сплавах титана в твердом состоянии в изотермических условиях и дать анализ обстановки, в которой они протекают при сварке, т. е. обсудить закономерности связи между изменением температуры и развитием деформаций и напряжений.
...
Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на" сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке.
...
Главное внимание в монографии уделено процессам в зоне термического влияния не только в связи с тем, что они недостаточно рассмотрены в работах других авторов, но в основном потому, что наиболее резкие изменения структуры и свойств сплавов при сварке в однородных сочетаниях происходят именно в этой зоне сварных соединений. Однако исследования свариваемости сталей и сплавов титана лишь в зоне термического влияния не могли бы претендовать на полноту без одновременного анализа процессов в шве и на границе сплавления. Поэтому эти вопросы также рассмотрены в настоящей работе, хотя и в более ограниченном объеме.
...
Включенные в монографию исследования выполнены под руководством автора в лаборатории теории сварочных процессов Института металлургии им. А. А. Байкова. Автор благодарит своего учителя, члена-корреспондента АН СССР Н. Н. Рыкалина за постоянное внимание и поддержку, которые он оказывал при постановке и проведении рассматриваемого комплекса работ, а также сотрудников В. В. Белова, Г. Е. Каинову, Г. Н. Клебанова, А. С. Котелкина, В. Н. Матханова, В. Н. Мещерякова, Г. В. Назарова, А. М. Сенина, Б. А. Смирнова и И. Ф. Суркову, которые участвовали в создании аппаратуры и проведении экспериментальной части исследований.
...
отличается от термообработки. Наиболее важными процессами, определяющими характер и кинетику превращения в твердом состоянии, являются непрерывный нагрев и последующее охлаждение металла, а также развитие в нем деформаций и напряжений. В то же время фазовые превращения сами оказывают существенное влияние на кинетику развития деформаций и напряжений. Без достаточно полного представления об основных закономерностях этих процессов нельзя анализировать ни кинетику превращений, ни их влияние на технологическую и эксплуатационную прочность сварных соединений. Поэтому перед изложением особенностей фазовых превращений в характерных для сварки неравновесных условиях необходимо было кратко рассмотреть основные виды превращений в сталях и сплавах титана в твердом состоянии в изотермических условиях и дать анализ обстановки, в которой они протекают при сварке, т. е. обсудить закономерности связи между изменением температуры и развитием деформаций и напряжений.
...
Железо и титан относятся к металлам переходных групп и претерпевают полиморфное превращение. Железо имеет две модификации: y-Fe
...
У титана также имеются две модификации: высокотемпературная (З-Ti с объемноцентрированной кубической решеткой (а=3,29 А при 900°) и низкотемпературная a-Ti с плотно упакованной гексагональной (а=2,950 А, с=4,683 А, с/а= 1,587 при 25°). Температура полиморфного превращения титана в равновесных условиях составляет 882° [3].
...
Величина гистерезиса, т. е. разность между критическими точками превращений при быстром нагреве и охлаждении (до 10 000 град/сек),
...
ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛЯХ И СПЛАВАХ ТИТАНА В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
...
вращений третьего вида, то в большинстве случаев из-за недостатка времени при сварке реализуются преимущественно их начальные стадии. Наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла при сварке сталей происходят вследствие превращений первого и второго видов, а при сварке сплавов титана — первого вида.
...
Кроме фазовых превращений, в сталях и сплавах титана протекают процессы возврата, полигонизации, рекристаллизации и роста зерна (собирательная рекристаллизация), также приводящие к существенным изменениям структуры и свойств.
...
При сварке сложных сплавов эти фазовые и структурные превращения могут развиваться не только в разных, но также и в одних и тех же участках сварного соединения. В ряде случаев температурные интервалы этих превращений накладываются друг на друга, вследствие чего при изучении их кинетики нередко возникают трудности.
...
По своему механизму перечисленные выше превращения разделяются на диффузионные и бездиффузионные. Из числа фазовых превращений к диффузионным относятся превращения второго и третьего видов, т. е. эвтектоидный распад, распад пересыщенных твердых растворов и обратные им превращения. Полиморфные превращения могут протекать как по диффузионной («нормальной»), так и по бездиффузионной (мартенситной) кинетике. Однако между полиморфными превращениями, характеризующимися «нормальной» кинетикой, и диффузионными превращениями второго и третьего видов имеются существенные различия. При полиморфных превращениях величина смещений атомов не превышает межатомного расстояния, а при превращениях второго и третьего видов она его значительно превышает.
...
При мартенситных превращениях величина смещения атомов также не превышает межатомных расстояний, но в ряде случаев оказывается явно большей, чем при полиморфных превращениях с «нормальной» кинетикой. Поэтому основное различие в полиморфных превращениях этих двух типов заключается не в величине, а в характере перемещения атомов от решетки исходной фазы к решетке новой фазы. Когда полиморфное превращение протекает по «нормальной» кинетике, рост новой фазы идет путем перемещения одиночных атомов по схеме «атом за атом». Диффузионный характер этого процесса подтверждается тем, что энергия его активации близка к энергии активации самодиффузии или диффузии металлического компонента сплава. При мартенситной превращении происходит коллективное (групповое) направленное перемещение атомов. Энергия активации этого процесса в десятки раз меньше энергии активации диффузии.
...
Таким образом, ни отсутствие изменения химического состава фаз [4], ни величина смещения атомов не являются достаточными признаками бездиффузионных превращений [1, 5, 6].
...
Несмотря на различия в величине и характере перемещения атомов перечисленные выше три вида фазовых превращений, а также процессы рекристаллизации протекают путем образования и роста зародышей. Поэтому с точки зрения термодинамики движущими силами этих процессов являются одни и те же энергетические факторы.
...
Учитывая особую роль полиморфных и эвтектоидных превращений в формировании структуры и свойств доэвтектоидных сталей и а- и а+р-сплавов титана при сварке, кратко рассмотрим в этой главе основные закономерности этих превращений 'и их кинетику в изотермических условиях на примере железа, титана и сплавов на их основе с различным типом диаграммы состояния. Особенности фазовых превращений, а также рекристаллизационных процессов в условиях непрерывного нагрева и охлаждения будут подробно изложены в последующих главах.
...
вращений третьего вида, то в большинстве случаев из-за недостатка времени при сварке реализуются преимущественно их начальные стадии. Наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла при сварке сталей происходят вследствие превращений первого и второго видов, а при сварке сплавов титана — первого вида.
...
Кроме фазовых превращений, в сталях и сплавах титана протекают процессы возврата, полигонизации, рекристаллизации и роста зерна (собирательная рекристаллизация), также приводящие к существенным изменениям структуры и свойств.
...
При сварке сложных сплавов эти фазовые и структурные превращения могут развиваться не только в разных, но также и в одних и тех же участках сварного соединения. В ряде случаев температурные интервалы этих превращений накладываются друг на друга, вследствие чего при изучении их кинетики нередко возникают трудности.
...
По своему механизму перечисленные выше превращения разделяются на диффузионные и бездиффузионные. Из числа фазовых превращений к диффузионным относятся превращения второго и третьего видов, т. е. эвтектоидный распад, распад пересыщенных твердых растворов и обратные им превращения. Полиморфные превращения могут протекать как по диффузионной («нормальной»), так и по бездиффузионной (мартенситной) кинетике. Однако между полиморфными превращениями, характеризующимися «нормальной» кинетикой, и диффузионными превращениями второго и третьего видов имеются существенные различия. При полиморфных превращениях величина смещений атомов не превышает межатомного расстояния, а при превращениях второго и третьего видов она его значительно превышает.
...
При мартенситных превращениях величина смещения атомов также не превышает межатомных расстояний, но в ряде случаев оказывается явно большей, чем при полиморфных превращениях с «нормальной» кинетикой. Поэтому основное различие в полиморфных превращениях этих двух типов заключается не в величине, а в характере перемещения атомов от решетки исходной фазы к решетке новой фазы. Когда полиморфное превращение протекает по «нормальной» кинетике, рост новой фазы идет путем перемещения одиночных атомов по схеме «атом за атом». Диффузионный характер этого процесса подтверждается тем, что энергия его активации близка к энергии активации самодиффузии или диффузии металлического компонента сплава. При мартенситной превращении происходит коллективное (групповое) направленное перемещение атомов. Энергия активации этого процесса в десятки раз меньше энергии активации диффузии.
...
вращений третьего вида, то в большинстве случаев из-за недостатка времени при сварке реализуются преимущественно их начальные стадии. Наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла при сварке сталей происходят вследствие превращений первого и второго видов, а при сварке сплавов титана — первого вида.
...
В настоящее время при анализе кинетики фазовых превращений в твердом состоянии исходят-из принципа структурного и размерного соответствия С. Т. Конобеевского и П. Д. Данкова [7] и представлений о когерентном и некогерентном образовании и росте зародышей новой фазы, разработанных Г. В. Курдюмовым [8—11], Ч. С. Барретом [12], А. X. Коттреллом [6] и развитых другими авторами [4, 13—17]. В сравнении с кристаллизацией жидкости основными особенностями фазового превращения в анизотропной твердой среде являются: 1) определенная связь между кристаллографическими ориентировками исходной фазы и
...
Из термодинамики известно, что условием равновесия фаз в одно-компопентной системе является равенство их свободных энергий (F1=F2),
...
В однокомпонентной системе число флуктуации, приводящих к образованию частиц новой фазы, резко возрастает вблизи Т0.
...
При резком переохлаждении а-фазы до температур ниже нижней границы двухфазной области в сплавах с неограниченной растворимостью (см. рис. 1, /) или ее продолжения (ниже эвтектоидной температуры Т3)
...
В реальных металлах и сплавах образование зародышей облегчается благодаря наличию примесей и различного вида несовершенств в кристаллической структуре, а также напряжений. Одновременно возрастают скорость превращения и неравномерность его протекания в различных участках. В поликристаллах преимущественными местами образования зародышей новой фазы могут служить границы зерен, свободные поверхности, инородные включения, плоскости сдвига, двойники, границы субзерен и блоков, а также отдельные дислокации.
...
Когда энергия, необходимая для создания поверхности раздела фаз, относительно велика, процесс образования зародыша в основном определяется вторым членом AFS
...
атомов». Интересно отметить, что наличие повышенной концентрации углерода на границах зерен аустенита (при определенных, относительно невысоких температурах) в сталях, близких по составу к эвтектоидным, служит косвенным доказательством того, что цементитные зародыши, которые возникают по границам зерен, играют ведущую роль в перлитном превращении.
...
По мере увеличения степени переохлаждения (в область достаточно низких температур) время, требуемое для перемещения атомов к возможным местам образования некогерентных зародышей, становится настолько большим, что не только рост, но и возникновение таких зародышей становится невозможным. Однако благодаря значительной отрицательной величине AF¥
...
Поскольку решетки новой и старой фаз всегда отличаются по своим параметрам и типу, общим условием когерентности является либо наличие у зародыша метастабильной решетки, либо деформирование равновесной решетки. Чем меньше кристаллографическое соответствие фаз, тем меньше скорость образования зародышей. При значительной разнице в кристаллическом строении фаз энергетический барьер, обусловленный необходимостью создания межфазной границы, резко возрастает и образование зародышей настолько затрудняется, что переход старой фазы в новую становится возможным только через ряд промежуточных мета-стабильных фаз, каждая из которых ближе по своей структуре к исходной. При этом обеспечивается наибольшая скорость превращения, хотя снижение свободной энергии системы может быть и не максимальным, как это имело бы место, если бы был возможен прямой переход исходной фазы в новую стабильную (правило ступеней). Типичными примерами таких метастабильных фаз являются мартенсит в стали, а'-, а"- и ш-фазы в сплавах титана, которые также образуются по мартенситной кинетике. Однако метастабильные фазы, возникающие в соответствии с правилом ступеней, могут образовываться и диффузионным путем, например цементит в легированных сталях при эвтектоидном превращении.
...
Принцип структурного и размерного соответствия управляет большинством процессов фазовых превращений в твердых металлах. Даже при некогерентном выделении фаз на границах зерен с большим углом или на подобных им границах раздела между исходной фазой и инородными включениями по мере диффузионного роста зародыша новой фазы система будет стремиться уменьшить свою свободную энергию как за счет поверхностной энергии путем наиболее выгодной перестройки атомнокри-сталлических построений и установления структурного и размерного соответствия решетки зародыша с решеткой исходной фазы, так и за счет
...
атомов». Интересно отметить, что наличие повышенной концентрации углерода на границах зерен аустенита (при определенных, относительно невысоких температурах) в сталях, близких по составу к эвтектоидным, служит косвенным доказательством того, что цементитные зародыши, которые возникают по границам зерен, играют ведущую роль в перлитном превращении.
...
атомов». Интересно отметить, что наличие повышенной концентрации углерода на границах зерен аустенита (при определенных, относительно невысоких температурах) в сталях, близких по составу к эвтектоидным, служит косвенным доказательством того, что цементитные зародыши, которые возникают по границам зерен, играют ведущую роль в перлитном превращении.
...
Примером может служить эвтектоидное превращение в стали. Кристаллическая решетка пластинок цементита находится в хорошем соответствии с решеткой аустенита. Образование цементита сопровождается ничтожным тепловым эффектом. Характерно, что в легированной стали образование стабильного легированного карбида, решетка которого не обладает размерным соответствием решетке аустенита, происходит лишь в процессе последующей длительной выдержки путем перераспределения легирующих элементов и железа между ферритом и цементитом. Таким образом, правило ступеней является общим как для диффузионных, так и для бездиффузионных превращении.
...
Для образования когерентных зародышей наиболее выгодными местами являются участки кристаллической решетки исходной фазы, в которых при выделении затрачивается наименьшая энергия деформации (AFj,-).
...
Г. В. Курдюмовидр. [8, 16, 18] показали, что мартенситные (бездиффу-зиоиные) превращения происходят путем ориентированных групповых смещений атомов (или серий сложных сдвигов) в кристаллической решетке исходной фазы. Прн образовании мартенсита в стали это сложное смещение складывается из двух линейных, которые возникают в разных кристаллографических плоскостях аустенита в разных направлениях. При этом с момента зарождения мартенситных кристаллов между решетками исходной и новой фаз устанавливаются определенная ориентация и упругое взаимодействие, которые поддерживаются в течение всего процесса роста кристаллов и обеспечивают его. Величина и характер смещений могут быть весьма разнообразными, так как зависят от типа решеток исходной и новой фаз, степени различия в их
...
снижения энергии деформации путем образования структур пластинчатого строения.
...
и роста отдельного кристалла мартенсита огромна (близка к скорости пластического сдвига) и не зависит от температуры [21]. В отличие от сплавов железа, в некоторых сплавах перечисленных выше металлов смещения не выходят за пределы области упругой деформации решетки исходной фазы не только при образовании зародышей мартенситных кристаллов (например, оловянистые бронзы [22]), но и на стадии их роста (например, алюминиевая бронза [10], латунь с 60,8% Си [23]). Благодаря этому скорость роста отдельных кристаллов оказывается измеримой и меняющейся со временем и температурой [5, 15, 16].
...
На вопрос, всегда ли имеют место пластические сдвиги при образовании зародышей мартенсита в титане и его сплавах, пока еще ответить трудно из-за малой изученности превращения. По-видимому, в зависимости от типа легирования необходимые смещения атомов могут быть как больше, так и меньше допустимой упругой деформации решетки. Об этом свидетельствует тот факт, что в сплавах Ti—Мп мартенситное превращение, вызываемое приложенными извне напряжениями, имеет частично упругий характер [3, 24]. Снятие напряжений приводит к исчезновению части объема, занятого мартенситом. Это объясняется относительно высоким модулем упругости сплавов. С другой стороны, результаты определения габитусных плоскостей мартенситных кристаллов в титане по методу Боуэлса—Маккензи, предполагающему наличие пластических сдвигов при зарождении путем чередующегося двойникования, совпадают с новейшими экспериментальными данными [25, 15].
...
Один из вероятных механизмов образования мартенситного зародыша в аустените, предложенный А. С. Франком [26—28, 6] с позиций теории дислокаций, предусматривает две следующие одна за другой деформации решетки исходной фазы. Первая представляет собой однородный сдвиг в плоскости габитуса (111), который в первом приближении можно рассматривать как следствие движения линейной дислокации (длина последней может достигать 103—104 параметров кристаллической решетки). Благодаря этому первичному сдвигу образуется превращенная поверхность раздела значительной ширины и длины. Вторую неоднородную деформацию он рассматривает как результат движения рядов винтовых дислокаций по превращенной поверхности раздела, которые расположены в одной из шести пар плоскостей (011). Каждый дислокационный блок скольжения этих шести плоскостей смещает соседний на одно межатомное расстояние. В пределах каждого блока сдвиг плоскостей происходит на одну шестую часть расстояния и является однородным, а общий «вектор Бюргерса» этого вторичного сдвига в пределах блока равен нулю.
...
Подобный механизм обеспечивает не только возникновение «плоского» мартенситного зародыша, но и его рост. По имеющимся опытным данным, краевой рост зародыша (в плоскости габитуса) происходит со скоростью распространения пластической деформации (около 5 км/сек
...
Полиморфное превращение в чистом титане, по мнению ряда исследователей, не может быть объяснено на основе теории Франка. Имеющиеся данные больше подтверждают механизм, установленный Бюргерсом для циркония (однородное расширение в двух направлениях и сжатие в третьем) [31, 24, 3].
...
Рассмотренный выше приближенный механизм образования мартенсита в стали в настоящее время получает все большее и большее распространение. Исходя из этих представлений, зарождение мартенситных кристаллов должно начинаться ниже Ти
...
и роста отдельного кристалла мартенсита огромна (близка к скорости пластического сдвига) и не зависит от температуры [21]. В отличие от сплавов железа, в некоторых сплавах перечисленных выше металлов смещения не выходят за пределы области упругой деформации решетки исходной фазы не только при образовании зародышей мартенситных кристаллов (например, оловянистые бронзы [22]), но и на стадии их роста (например, алюминиевая бронза [10], латунь с 60,8% Си [23]). Благодаря этому скорость роста отдельных кристаллов оказывается измеримой и меняющейся со временем и температурой [5, 15, 16].
...
На вопрос, всегда ли имеют место пластические сдвиги при образовании зародышей мартенсита в титане и его сплавах, пока еще ответить трудно из-за малой изученности превращения. По-видимому, в зависимости от типа легирования необходимые смещения атомов могут быть как больше, так и меньше допустимой упругой деформации решетки. Об этом свидетельствует тот факт, что в сплавах Ti—Мп мартенситное превращение, вызываемое приложенными извне напряжениями, имеет частично упругий характер [3, 24]. Снятие напряжений приводит к исчезновению части объема, занятого мартенситом. Это объясняется относительно высоким модулем упругости сплавов. С другой стороны, результаты определения габитусных плоскостей мартенситных кристаллов в титане по методу Боуэлса—Маккензи, предполагающему наличие пластических сдвигов при зарождении путем чередующегося двойникования, совпадают с новейшими экспериментальными данными [25, 15].
...
Один из вероятных механизмов образования мартенситного зародыша в аустените, предложенный А. С. Франком [26—28, 6] с позиций теории дислокаций, предусматривает две следующие одна за другой деформации решетки исходной фазы. Первая представляет собой однородный сдвиг в плоскости габитуса (111), который в первом приближении можно рассматривать как следствие движения линейной дислокации (длина последней может достигать 103—104 параметров кристаллической решетки). Благодаря этому первичному сдвигу образуется превращенная поверхность раздела значительной ширины и длины. Вторую неоднородную деформацию он рассматривает как результат движения рядов винтовых дислокаций по превращенной поверхности раздела, которые расположены в одной из шести пар плоскостей (011). Каждый дислокационный блок скольжения этих шести плоскостей смещает соседний на одно межатомное расстояние. В пределах каждого блока сдвиг плоскостей происходит на одну шестую часть расстояния и является однородным, а общий «вектор Бюргерса» этого вторичного сдвига в пределах блока равен нулю.
...
и роста отдельного кристалла мартенсита огромна (близка к скорости пластического сдвига) и не зависит от температуры [21]. В отличие от сплавов железа, в некоторых сплавах перечисленных выше металлов смещения не выходят за пределы области упругой деформации решетки исходной фазы не только при образовании зародышей мартенситных кристаллов (например, оловянистые бронзы [22]), но и на стадии их роста (например, алюминиевая бронза [10], латунь с 60,8% Си [23]). Благодаря этому скорость роста отдельных кристаллов оказывается измеримой и меняющейся со временем и температурой [5, 15, 16].
...
Если учесть, что энергия сдвига в различных участках реальных поликристаллов может изменяться в весьма значительных пределах в зависимости от степени дефектности кристаллической структуры в различных участках зерен, то становится ясным, почему мартенситные зародыши возникают на границах зерен, плоскостях скольжения и двойниках, т. е. участках, имеющих пониженное сопротивление сдвигу. Однако, в отличие от некогерентных выделений, при образовании мартенситных зародышей как зародышей когерентных преимущество остается за двойниками (особенно когерентными), плоскостями скольжения, границами блоков, субзерен и зерен с малыми углами разориентировки.
...
При рассмотрении полиморфных превращений в чистых металлах и сплавах, протекающих по мартенситной кинетике *, в настоящее время исходят из того, что в отличие от диффузионных мартенситные превращения с момента образования зародыша развиваются когерентно по отношению к решетке исходной фазы [4, 8, 9]. Рост отдельных мартенситных кристаллов прекращается либо вследствие нарушения упругой связи между решетками и их когерентности на поверхности раздела фаз за счет пластической деформации, которая может наступить, если происходят значительные объемные изменения (например, в олове и оловянистой бронзе), либо вследствие установления упругого равновесия, возникающего в тех случаях, когда разность свободных энергий фаз мала (например, в алюминиевой бронзе и латуни) [1, 4, 5, 10, 23].
...
В связи с существенным влиянием пластической деформации как фактора, приводящего к нарушению когерентности решеток на границе раздела фаз, при анализе кинетики полиморфных превращений в чистых металлах и сплавах необходимо учитывать положение температурного порога рекристаллизации относительно температурного интервала превращения.
...
Если температура превращения сравнительно низка и располагается ниже температурного порога рекристаллизации, то полиморфное превращение протекает за счет когерентного роста, т. е. по мартенситной кинетике. В изотермических условиях после нарушения когерентности за счет пластической деформации превращение приостанавливается, так как рост уже имеющихся кристаллов новой фазы диффузионным путем исключен, а для образования новых мартенситных зародышей требуется дальнейшее понижение температуры. Однако и в условиях непрерывного охлаждения мартенситное превращение во многих сплавах не доходит до конца 2. Даже обработка холодом не всегда приводит к полному превращению остаточного аустенита в мартенсит. Это обусловлено механической и термической стабилизациями исходной фазы.
...
Механическая стабилизация вызывается наклепом исходной фазы вследствие пластической деформации, возникающей в процессе фазового превращения (фазовый наклеп) или при приложении внешних сил (механический наклеп). Термическая стабилизация в чистом виде имеет место в отсутствие фазового превращения при выдержках в области тем-
...
ператур, когда структурное состояние соответствует либо одной исходной фазе, либо ее смеси с определенным количеством мартенсита. В условиях непрерывного охлаждения эти явления могут накладываться друг на друга.
...
Наиболее полно механическая и термическая стабилизации изучены на сталях. По современным представлениям, один из механизмов, обусловливающих эти явления, связан с блокированием дислокаций примесными атомами внедрения (углеродом, водородом и т. д.) и образованием вокруг дислокаций «облаков» Коттрелла, что приводит к повышению сопротивления сдвигу и препятствует образованию зародышей мартенсита. Примесные атомы снижают также и свободную энергию в этих местах искажений решетки и тем самым уменьшают движущую силу превращения [15, 16]. Однако механизм блокирования дислокаций различен. Предполагают, что при относительно низких температурах блокирование дислокаций может происходить за счет «выдавливания» углерода из решетки всесторонне сжатого аустенита в зоны с повышенной растворимостью, расположенные вокруг дислокаций и находящиеся в упругодеформированном состоянии (механическая стабилизация). При более высоких температурах перемещение углерода к дислокациям обусловлено обычным механизмом диффузии (термическая стабилизация) [6, 15, 33—35]. При еще более высоких температурах (для стали обычно выше 500—600°) происходит дестабилизация аустенита, так как вследствие повышенной тепловой подвижности атомов углерода «облака» Коттрелла разрушаются. К тому же с увеличением температуры разница в равновесных концентрациях углерода в неискаженных и искаженных участках кристаллической решетки снижается.
...
При объяснении явления термической стабилизации часто также исходят и из того, что во время выдержки при температурах выше Тч „
...
Приведенное выше объяснение механической стабилизации аустенита за счет всестороннего сжатия справедливо, очевидно, только для завершающей стадии превращения. В то же время в изотермических условиях стабилизация проявляется уже при выпадении первых объемов мартенсита, когда всестороннее сжатие окружающего их аустенита практически исключено.
...
Большинство исследователей связывают явления механической и термической стабилизации с изменением упруго-пластических свойств, тонкой структуры и напряженного состояния аустенита [3ti—391. Г. В. Курдюмовым, О. П. Максимовой с сотрудниками на основе результатов изучения влияния пластической деформации (на 100—175° выше 7\,,„) и низкотемпературного отжига (100—400°) аустенита на кинетику мартенситного превращения в сталях типа Х18Н8 и Х17Н9 при последующем глубоком охлаждении было высказано 138, 39] предположение, что факторами, стабилизирующими аустенит, являются: 1) увеличение числа границ раздела (за счет измельчения зерен и блоков) под влиянием значительной по величине пластической деформации и возникновение высоких микронапряжений 1 [39, 40]; 2) релаксация пиков микронапряжений под влиянием низкотемпературного отжига предварительно деформированного аустенита. Второй фактор не только не устраняет, но даже усиливает действие первого фактора, так как с наличием
...
1 Микронапряжения или напряжения второго рода возникают вследствие локализованных в малых объемах кристаллической решетки упругих деформаций.
...
ператур, когда структурное состояние соответствует либо одной исходной фазе, либо ее смеси с определенным количеством мартенсита. В условиях непрерывного охлаждения эти явления могут накладываться друг на друга.
...
Наиболее полно механическая и термическая стабилизации изучены на сталях. По современным представлениям, один из механизмов, обусловливающих эти явления, связан с блокированием дислокаций примесными атомами внедрения (углеродом, водородом и т. д.) и образованием вокруг дислокаций «облаков» Коттрелла, что приводит к повышению сопротивления сдвигу и препятствует образованию зародышей мартенсита. Примесные атомы снижают также и свободную энергию в этих местах искажений решетки и тем самым уменьшают движущую силу превращения [15, 16]. Однако механизм блокирования дислокаций различен. Предполагают, что при относительно низких температурах блокирование дислокаций может происходить за счет «выдавливания» углерода из решетки всесторонне сжатого аустенита в зоны с повышенной растворимостью, расположенные вокруг дислокаций и находящиеся в упругодеформированном состоянии (механическая стабилизация). При более высоких температурах перемещение углерода к дислокациям обусловлено обычным механизмом диффузии (термическая стабилизация) [6, 15, 33—35]. При еще более высоких температурах (для стали обычно выше 500—600°) происходит дестабилизация аустенита, так как вследствие повышенной тепловой подвижности атомов углерода «облака» Коттрелла разрушаются. К тому же с увеличением температуры разница в равновесных концентрациях углерода в неискаженных и искаженных участках кристаллической решетки снижается.
...
При объяснении явления термической стабилизации часто также исходят и из того, что во время выдержки при температурах выше Тч „
...
Приведенное выше объяснение механической стабилизации аустенита за счет всестороннего сжатия справедливо, очевидно, только для завершающей стадии превращения. В то же время в изотермических условиях стабилизация проявляется уже при выпадении первых объемов мартенсита, когда всестороннее сжатие окружающего их аустенита практически исключено.
...
Большинство исследователей связывают явления механической и термической стабилизации с изменением упруго-пластических свойств, тонкой структуры и напряженного состояния аустенита [3ti—391. Г. В. Курдюмовым, О. П. Максимовой с сотрудниками на основе результатов изучения влияния пластической деформации (на 100—175° выше 7\,,„) и низкотемпературного отжига (100—400°) аустенита на кинетику мартенситного превращения в сталях типа Х18Н8 и Х17Н9 при последующем глубоком охлаждении было высказано 138, 39] предположение, что факторами, стабилизирующими аустенит, являются: 1) увеличение числа границ раздела (за счет измельчения зерен и блоков) под влиянием значительной по величине пластической деформации и возникновение высоких микронапряжений 1 [39, 40]; 2) релаксация пиков микронапряжений под влиянием низкотемпературного отжига предварительно деформированного аустенита. Второй фактор не только не устраняет, но даже усиливает действие первого фактора, так как с наличием
...
ператур, когда структурное состояние соответствует либо одной исходной фазе, либо ее смеси с определенным количеством мартенсита. В условиях непрерывного охлаждения эти явления могут накладываться друг на друга.
...
пиков микронапряжений связывают легкое зарождение мартенситных кристаллов и интенсификацию превращения. Пики микронапряжений значительно превышают среднюю величину напряжений второго рода [35, 38]. Из предположения о снятии пиков микронапряжений при низкотемпературном отжиге вытекает также один из возможных механизмов термической стабилизации аустенита, предварительно подвергнутого наклепу. Об этом косвенно свидетельствует неизменность средней величины микроиапряжений.
...
Снятие микронанряжения и снижение стабилизирующего эффекта проявляются лишь при нагреве выше 400°, но полностью еще не заканчиваются даже после отжига при 800°. Полное снятие микроиапряжений и разупрочнение легированного аустенита происходят при существенно более высоких температурах за счет рекристаллизации обработки [41, 42]. Ниже ООО эти явления могут развиваться лишь частично и только за счет возврата и полигонизации [42, 5]. При этом снятие напряжений не всегда должно сопровождаться разупрочнением, если процесс ограничивается начальной стадией полигонизации, которая однако уже приводит к измельчению тонкой структуры и образованию субзерен. Поскольку закалка с высоких температур и последующая пластическая деформация приводят к образованию повышенных избыточных концентраций вакансий, то полигонизация может развиваться и при относительно невысоких температурах.
...
13 отличие от аустенита в стали при обычной термической обработке стабилизация [3-фазы в сплавах титана за счет фазового наклепа отсутствует. Термическая же стабилизация (3-фазы была обнаружена в опытах Д. И. Де JJesapo, М. Хансена и др., а также Е.
...
13 отличие от мартенситного превращения диффузионные превращения, например образование аустенита из перлита и обратное ему перлитное превращение, протекают в среде с практически неизменными свойствами, так как благодаря высоким температурам процессы рекристаллизации (при медленном нагреве) устраняют последствия фазового наклепа. Это же относится и к полиморфному превращению, протекающему по «нормальной» кинетике.
...
Если температурный интервал превращения располагается выше температурного порога рекристаллизации, то полиморфное превращение протекает по «нормальной» кинетике. А. А. Попов, М. М. Штейнберг |4] и ряд других авторов ]1] полагают, что и в этом случае образование зародышей новой фазы происходит также когерентным путем. Однако когерентный рост быстро прекращается вследствие пластической деформации и рекристаллизации, после чего превращение продолжается с достаточной скоростью за счет некогерентного роста, который оказывается возможным благодаря высокой подвижности атомов.
...
Железо, титан и цирконий относятся к группе металлов, температура превращения в которых выше порога рекристаллизации. У железа эти
...
пиков микронапряжений связывают легкое зарождение мартенситных кристаллов и интенсификацию превращения. Пики микронапряжений значительно превышают среднюю величину напряжений второго рода [35, 38]. Из предположения о снятии пиков микронапряжений при низкотемпературном отжиге вытекает также один из возможных механизмов термической стабилизации аустенита, предварительно подвергнутого наклепу. Об этом косвенно свидетельствует неизменность средней величины микроиапряжений.
...
Снятие микронанряжения и снижение стабилизирующего эффекта проявляются лишь при нагреве выше 400°, но полностью еще не заканчиваются даже после отжига при 800°. Полное снятие микроиапряжений и разупрочнение легированного аустенита происходят при существенно более высоких температурах за счет рекристаллизации обработки [41, 42]. Ниже ООО эти явления могут развиваться лишь частично и только за счет возврата и полигонизации [42, 5]. При этом снятие напряжений не всегда должно сопровождаться разупрочнением, если процесс ограничивается начальной стадией полигонизации, которая однако уже приводит к измельчению тонкой структуры и образованию субзерен. Поскольку закалка с высоких температур и последующая пластическая деформация приводят к образованию повышенных избыточных концентраций вакансий, то полигонизация может развиваться и при относительно невысоких температурах.
...
13 отличие от аустенита в стали при обычной термической обработке стабилизация [3-фазы в сплавах титана за счет фазового наклепа отсутствует. Термическая же стабилизация (3-фазы была обнаружена в опытах Д. И. Де JJesapo, М. Хансена и др., а также Е.
...
пиков микронапряжений связывают легкое зарождение мартенситных кристаллов и интенсификацию превращения. Пики микронапряжений значительно превышают среднюю величину напряжений второго рода [35, 38]. Из предположения о снятии пиков микронапряжений при низкотемпературном отжиге вытекает также один из возможных механизмов термической стабилизации аустенита, предварительно подвергнутого наклепу. Об этом косвенно свидетельствует неизменность средней величины микроиапряжений.
...
В соответствии с этими особенностями в техническом железе (0,04% С и 0,25% Мп) даже при закалке в холодную воду не удается наблюдать развития полиморфного превращения по мартенситной кинетике. В результате образуется полиэдрическая (равноосная) структура, свидетельствующая о «нормальной» кинетике превращения [46]. Однако, как указывает Я. С. Усманский [1], в чистом железе при быстром охлаждении становится возможным образование и видманштеттовой структуры, т. е. структуры с игольчатым ферритом, образующимся по мартенситной кинетике. Разность температур превращения при нагреве и охлаждении (гистерезис) у железа составляет 5—10°. При легировании железа элементами, приближающими температуру превращения к порогу рекристаллизации (хром до 10%,
...
В титане полиморфное превращение по мартенситной кинетике реализуется значительно легче, чем в железе. Это обусловлено существенно меньшим объемным эффектом превращения и более высокой температурой рекристаллизации титана в сравнении с железом. Гистерезис превращения в титане составляет около 30°. Возможность протекания полиморфного превращения в чистом (йодидном) титане по «нормальной» кинетике прямым путем пока еще не установлена, несмотря на то, что при температурах, близких к температуре превращения, объемная скорость роста а-фазы весьма мала. Трудности изучения этого вопроса заключаются в том, что при закалке не удается зафиксировать высокотемпературную фазу, а структура а-фазы оказывается ориентированной по отношению к р-фазе и имеет вид «зазубренных» образований [3]. В то же время известно, что полиморфные превращения, протекающие по «нормальной» кинетике, также могут иметь ориентированный характер [1].
...
Исследование кинетики Р —>- а-превращения в титане чистотой 99,99% методом высокотемпературной вакуумной микроскопии при медленном ступенчатом охлаждении выявило мартенситный характер превращения с образованием игольчатой структуры типа а'-фазы. Превращение начиналось около 900° и в основном заканчивалось при 840° [47]. Однако результаты этих опытов нельзя рассматривать как абсолютное доказательство развития полиморфного превращения в йодидном титане по мартенситной кинетике, так как при высоких температурах (выше 1000°) поверхность образцов могла насыщаться кислородом и азотом несмотря на относительно высокий вакуум.
...
Равноосную структуру а-фазы можно получить только путем деформации и последующего высокотемпературного отжига в а-области.
...
Характерно, что в отличие от железа и сталей в титане и его мартенситных сплавах из-за малого объемного эффекта превращения не удается сколько-нибудь существенно измельчить зерна и нарушить взаимную
...
1 Когда для чистого титана приводят температуру рекристаллизации 600°, то имеют в виду явление не истинной, а «кажущейся» рекристаллизации (повышение отчетливости текстуры холоднокатаного листа), которая не приводит к какому-либо разупрочнению.
...
температуры составляют соответственно 910 и 450—500° [2], у титана ¹885 и 800 —815 [44,
...
ориентировку фаз путем неоднократной перекристаллизации. Это свидетельствует о сохранении упругой связи на межфазной границе.
...
В сплавах титана с переходными элементами, стабилизирующими Р-фазу титана и понижающими температуру начала превращения, мар-тенситное превращение приводит к образованию типичной игольчатой структуры а'- и а"-фаз. а'-фаза представляет собой пересыщенный а-твер-дый раствор и образуется преимущественно в низколегированных сплавах. По типу и параметрам решетки-она не отличается от равновесной а-фазы. Однако для нее характерны значительные внутренние напряжения в решетке, в результате чего линии на рентгенограммах оказываются размытыми [48]. а"-фаза образуется в более легированных сплавах и также представляет собой пересыщенный а-твердый раствор. Однако ее решетка отличается от решетки а-фазы несколько измененным расположением атомов, что приводит к появлению ромбической симметрии вместо гексагональной [49]. По виду под микроскопом структуры а'- и а"-фаз различить трудно. Присутствие кислорода в сплавах титана придает структуре а'-
...
Низколегированные а- и а + Р-сплавы титана со всеми переходными элементами (р-стабилизаторы), а также с алюминием и кислородом (а-ста-билизаторы) относятся к мартенситному классу. Мартенситные фазы в этих сплавах титана (а' и а") значительно более пластичны и менее прочны, чем в сталях. Основные пути упрочнения мартенситных сплавов титана заключаются в комплексном легировании их алюминием и р-ста-билизирующими элементами.
...
В цирконии полиморфное превращение может протекать в зависимости от скорости охлаждения как по «нормальной», так и мартенситной кинетике. В отличие от титана технический цирконий благодаря относительно высокому объемному эффекту превращения подвергается в процессе закалки на мартенсит заметному упрочнению за счет фазового наклепа. Например, у циркония с 0,02% С, 0,03% 02 и 0,135% А1 после закалки с 1000° в сравнении с отожженным состоянием предел текучести о"о_1
...
Как показывает приведенное сравнение, развитию полиморфного превращения по «нормальной» кинетике (в частности, в условиях непрерывного охлаждения) способствуют увеличение объемного эффекта превращения и существенное превышение температуры превращения над температурой рекристаллизации.
...
В связи с тем, что при полиморфном превращении, протекающем по «нормальной» кинетике, зародыши новой фазы наиболее легко возникают на границах-зерен с большими углами разориентировки, при объяснении характера этого превращения можно высказать и другую точку зрения. Как было показано ранее, при небольших степенях переохлаждения ниже Т0
...
ориентировку фаз путем неоднократной перекристаллизации. Это свидетельствует о сохранении упругой связи на межфазной границе.
...
В сплавах титана с переходными элементами, стабилизирующими Р-фазу титана и понижающими температуру начала превращения, мар-тенситное превращение приводит к образованию типичной игольчатой структуры а'- и а"-фаз. а'-фаза представляет собой пересыщенный а-твер-дый раствор и образуется преимущественно в низколегированных сплавах. По типу и параметрам решетки-она не отличается от равновесной а-фазы. Однако для нее характерны значительные внутренние напряжения в решетке, в результате чего линии на рентгенограммах оказываются размытыми [48]. а"-фаза образуется в более легированных сплавах и также представляет собой пересыщенный а-твердый раствор. Однако ее решетка отличается от решетки а-фазы несколько измененным расположением атомов, что приводит к появлению ромбической симметрии вместо гексагональной [49]. По виду под микроскопом структуры а'- и а"-фаз различить трудно. Присутствие кислорода в сплавах титана придает структуре а'-
...
ориентировку фаз путем неоднократной перекристаллизации. Это свидетельствует о сохранении упругой связи на межфазной границе.
...
тием роста новой фазы по механизму «атом за атом», т. е. за счет самодиффузии (в чистых металлах) или диффузии (в сплавах). Если превращение с «нормальной» кинетикой является ориентированным, то это может быть также и благодаря тому, что между исходной фазой и возникшим на границе некогерентным зародышем по мере его роста устанавливается структурное и размерное соответствие.
...
При анализе условий образования устойчивых зародышей на основе равновесных диаграмм состояния необходимо дополнительно учитывать зависимость свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз А, и энергии упругой и пластической деформации Е
...
Естественно, что при любог кривизне межфазной поверхности система будет стремиться восстановить «идеальные» условия равновесия, отвечающие случаю плоской границы.
...
Если учесть, что с увеличением кривизны межфазной поверхности и уменьшением ее радиуса одновременно должен уменьшаться и размер частиц растворяющейся фазы, то становится понятным влияние степени дисперсности растворяющейся фазы на ее растворимость в фазе-растворителе. Чем выше степень дисперсности фазы, тем больше ее растворимость.
...
С этих же позиций получили объяснения и основные закономерности образования устойчивых зародышей новой фазы в зависимости от степени переохлаждения и степени пересыщения исходной фазы относительно равновесных линий иа диаграмме состояния. Чем больше степень переохлаждения и степень пересыщения исходной фазы, тем меньше критический размер зародыша новой фазы и тем ниже уровень флуктуации состава и тепловых флуктуации, необходимый для образования устойчивого зародыша. Поэтому с увеличением степени переохлаждения (или пересыщения) исходной фазы не только уменьшаются критические размеры зародышей новой фазы, но и возрастает скорость их зарождения, т. е. число зародышей, возникающих в единицу времени в единице объема. Однако одновременно снижается диффузионная подвижттость атомов, что затрудняет образование зародышей. Вследствие этих двух противо-
...
тием роста новой фазы по механизму «атом за атом», т. е. за счет самодиффузии (в чистых металлах) или диффузии (в сплавах). Если превращение с «нормальной» кинетикой является ориентированным, то это может быть также и благодаря тому, что между исходной фазой и возникшим на границе некогерентным зародышем по мере его роста устанавливается структурное и размерное соответствие.
...
тием роста новой фазы по механизму «атом за атом», т. е. за счет самодиффузии (в чистых металлах) или диффузии (в сплавах). Если превращение с «нормальной» кинетикой является ориентированным, то это может быть также и благодаря тому, что между исходной фазой и возникшим на границе некогерентным зародышем по мере его роста устанавливается структурное и размерное соответствие.
...
положных по своему влиянию тенденций зависимость скорости зарождения от степени переохлаждения представляет собой кривую с максимумом.
...
В настоящее время считают, что состав центров первых зародышей новой фазы мало отличается от равновесной концентрации при температуре начала превращения. А. А. Бочвар 12] и И. И. Новиков [51] показали это при неравновесной кристаллизации алюминиевых сплавов эвтектического типа. Для условий фазовых превращений в твердом состоянии такой вывод еще более справедлив потому, что в связи с необходимостью затраты энергии на деформацию для образования устойчивого зародыша новой фазы в исходной твердой фазе требуются более значительные флуктуации состава, чем при кристаллизации жидкости. С момента образования зародышевого центра новой фазы, на межфазной границе весьма быстро устанавливаются концентрации фаз, близкие к равновесным, поскольку для этого не требуется перемещение атомов на значительные расстояния. В то же время внутри фаз создается градиент концентраций, так как в начальные моменты превращения внутренние объемы фаз еще имеют исходный состав. Объемная диффузия, выравнивающая концентрации внутри фаз, приводит к нарушению равновесия на межфазиой границе и тем самым стимулирует развитие граничной диффузии, стремящейся вновь восстановить пограничные равновесные концентрации. При этом происходит перемещение межфазной границы в сторону фазы либо с более, либо с менее высокой концентрацией растворенного элемента в зависимости от того, понижает или повышает объемная диффузия пограничную концентрацию данного элемента. С увеличением степени переохлаждения линейная скорость роста зародышей новой фазы сначала возрастает за счет увеличения градиента концентраций в исходной фазе, а затем снижается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.
...
Таким образом, и скорость зарождения и линейная скорость роста изменяются в зависимости от степени переохлаждения по кривым с максимумами, соответствующими некоторым промежуточным температурам в интервале превращения 1. Это обусловливает аналогичный характер изменения и средней объемной скорости превращения (см. рис. 1). В отличие от кристаллизации жидкости при фазовых превращениях в твердом состоянии (особенно в сплавах) вследствие значительно меньшей подвижности атомов и наличия упругой энергии удается реализовать не только восходящую, но и нисходящую ветвь кривой изменения средней объемной скорости превращения в зависимости от температуры. Следует отметить, что объемная скорость превращения при любой температуре не является постоянной величиной и изменяется во времени, например в условиях изотермической выдержки, также по кривым с максимумами. Обычно чем больше максимальная величина объемной скорости превращения при данной температуре и чем раньше достигается ее максимум, тем больше и средняя объемная скорость превращения. Математический анализ кинетики фазовых превращений в изотермических условиях дан Б. А. Колмогоровым [521, И. Л. Миркиным 153], Е, Шайлем 154], Р. Ф. Мей-лом 155] и др.
...
На рис. 1 схематически показана связь между диаграммой состояния, средней объемной скоростью превращения и диаграммой изотермического превращения. На примере двойных сплавов типа твердых растворов с неограниченной растворимостью (см. рис. 1, /) можно видеть, что диффузионное превращение у-фазы в а-фазу развивается тем быстрее, чем больше объемная скорость превращения при данной температуре. Поэтому диаграммы изотермического превращения имеют характер С-образных кри-
...
1 Однако скорость зарождения имеет максимум при более низких температурах, чем линейная скорость роста [4].
...
положных по своему влиянию тенденций зависимость скорости зарождения от степени переохлаждения представляет собой кривую с максимумом.
...
В настоящее время считают, что состав центров первых зародышей новой фазы мало отличается от равновесной концентрации при температуре начала превращения. А. А. Бочвар 12] и И. И. Новиков [51] показали это при неравновесной кристаллизации алюминиевых сплавов эвтектического типа. Для условий фазовых превращений в твердом состоянии такой вывод еще более справедлив потому, что в связи с необходимостью затраты энергии на деформацию для образования устойчивого зародыша новой фазы в исходной твердой фазе требуются более значительные флуктуации состава, чем при кристаллизации жидкости. С момента образования зародышевого центра новой фазы, на межфазной границе весьма быстро устанавливаются концентрации фаз, близкие к равновесным, поскольку для этого не требуется перемещение атомов на значительные расстояния. В то же время внутри фаз создается градиент концентраций, так как в начальные моменты превращения внутренние объемы фаз еще имеют исходный состав. Объемная диффузия, выравнивающая концентрации внутри фаз, приводит к нарушению равновесия на межфазиой границе и тем самым стимулирует развитие граничной диффузии, стремящейся вновь восстановить пограничные равновесные концентрации. При этом происходит перемещение межфазной границы в сторону фазы либо с более, либо с менее высокой концентрацией растворенного элемента в зависимости от того, понижает или повышает объемная диффузия пограничную концентрацию данного элемента. С увеличением степени переохлаждения линейная скорость роста зародышей новой фазы сначала возрастает за счет увеличения градиента концентраций в исходной фазе, а затем снижается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.
...
Таким образом, и скорость зарождения и линейная скорость роста изменяются в зависимости от степени переохлаждения по кривым с максимумами, соответствующими некоторым промежуточным температурам в интервале превращения 1. Это обусловливает аналогичный характер изменения и средней объемной скорости превращения (см. рис. 1). В отличие от кристаллизации жидкости при фазовых превращениях в твердом состоянии (особенно в сплавах) вследствие значительно меньшей подвижности атомов и наличия упругой энергии удается реализовать не только восходящую, но и нисходящую ветвь кривой изменения средней объемной скорости превращения в зависимости от температуры. Следует отметить, что объемная скорость превращения при любой температуре не является постоянной величиной и изменяется во времени, например в условиях изотермической выдержки, также по кривым с максимумами. Обычно чем больше максимальная величина объемной скорости превращения при данной температуре и чем раньше достигается ее максимум, тем больше и средняя объемная скорость превращения. Математический анализ кинетики фазовых превращений в изотермических условиях дан Б. А. Колмогоровым [521, И. Л. Миркиным 153], Е, Шайлем 154], Р. Ф. Мей-лом 155] и др.
...
На рис. 1 схематически показана связь между диаграммой состояния, средней объемной скоростью превращения и диаграммой изотермического превращения. На примере двойных сплавов типа твердых растворов с неограниченной растворимостью (см. рис. 1, /) можно видеть, что диффузионное превращение у-фазы в а-фазу развивается тем быстрее, чем больше объемная скорость превращения при данной температуре. Поэтому диаграммы изотермического превращения имеют характер С-образных кри-
...
1 Однако скорость зарождения имеет максимум при более низких температурах, чем линейная скорость роста [4].
...
положных по своему влиянию тенденций зависимость скорости зарождения от степени переохлаждения представляет собой кривую с максимумом.
...
вых. Наименьшее время до начала заметного превращения примерно соответствует температуре, при которой средняя объемная скорость превращения максимальна. Эту температуру принято называть температурой jTmin наименьшей устойчивости исходной фазы. Время до начала превращения, или так называемый «инкубационный период», определяется чувствительностью метода исследования (обычно 1—5% превращения) и является понятием условным, так как оно несоизмеримо велико по сравнению с действительным ничтожно малым временем, необходимым для протекания подготовительных процессов в исходной фазе, приводящих
...
вых. Наименьшее время до начала заметного превращения примерно соответствует температуре, при которой средняя объемная скорость превращения максимальна. Эту температуру принято называть температурой jT_min наименьшей устойчивости исходной фазы. Время до начала превращения, или так называемый «инкубационный период», определяется чувствительностью метода исследования (обычно 1—5% превращения) и является понятием условным, так как оно несоизмеримо велико по сравнению с действительным ничтожно малым временем, необходимым для протекания подготовительных процессов в исходной фазе, приводящих
...
растает. При этом температура Гга!п повышается вместе с температурой начала превращения. При 11% Мо превращение становится заметным через 20 сек
...
растает. При этом температура Г_га!п повышается вместе с температурой начала превращения. При 11% Мо превращение становится заметным через 20
...
В доэвтектоидных или заэвтектоидных по составу сплавах выделен по избыточных а- или (3-фаз теоретически возможно только при температура v,
...
С понижением температуры превращения дисперсность эвтектоидных структур возрастает, что выражается в уменьшении величины межпластинчатого расстояния (т. е. толщины пары пластинок цементита и феррита). В сталях это расстояние при перлитной структуре в 2—3 раза больше, чем при сорбитной, и
...
Как было показано Р. Ф. Мейлом [59], скорость роста перлитных колоний практически не зависит от температуры нагрева и длительности гомогенизации аустенита, от степени раскисления стали, а следовательно, и от величины зерна и неоднородности аустенита. Однако эти же факторы весьма существенно влияют на скорость зарождения и через нее на среднюю объемную скорость превращения. С повышением температуры нагрева и длительности гомогенизации аустенита количество нерастворенных карбидных частиц и неоднородность аустенита по углероду снижаются. Это приводит к уменьшению числа готовых зародышей, а также микрообъемов, в которых могут возникать флуктуации состава, необходимые для самопроизвольного зарождения новых центров. В соответствии с этим снижаются скорости зарождения и превращения в целом.
...
Углерод и легирующие элементы оказывают значительное влияние на скорость как зарождения, так и роста перлитных колоний. В работах И. Л. Миркина [53J, М. Е. Блантера [5] и Р. Ф. Мейла [59] показано, что Ni, Mn, W и особенно Мо снижают скорость роста. Добавка Мо в сталь в количестве 0,3% может уменьшить скорость зарождения на три порядка [5|. Мп и
...
15 сплавах титана скорость эвтектоидного превращения еще в большей степени зависит от легирующих элементов. Ниже приведены данные о температуре эвтектоидного превращения в двойных сплавах титана, предельной растворимости легирующих элементов в а-фазе и
...
возникают новые зародыши иной ориентации, которые приводят к образованию других зерен перлита.
...
Элементы расположены в таблице в порядке возрастающей способности вступать в эвтектоидную реакцию. В сплавах титана с Мп, Fe и Сг эвтектоидное превращение протекает несравнимо медленнее, чем в сталях. Например, в сплавах с 2,9—12% Мп превращение не начинается в течение 1500 час
...
В сплавах титана с Ni, Si и особенно Си эвтектоидное превращение развивается значительно быстрее. В сплавах с Си эвтектоидного и заэвтектоидных составов эвтектоид образуется даже в условиях закалки. Выделяется он по границам зерен бывшей р-фазы в виде глобулярных включений (Р. И. Джеффи, Ф. С. Холден п др. [24]). Однако сплавы титана с этими элементами не нашли еще практического применения.
...
Примеси внедрения ускоряют эвтектоидный распад во всех титановых сплавах. Из примесей внедрения следует особо выделить водород, так как он образует с титаном сложную систему р-эвтектоидного типа с температурой эвтектоидного превращения 320—325° [3, 24, 60]. По данным Мак Квиллана [3], содержание водорода в р-фазе эвтектоидного состава равно примерно 38 ат. % или 1,3 вес. %. При эвтектоидной температуре Р
...
Кристаллическая структура гидрида титана представляет собой гра-нецентрированную кубическую решетку с постоянной около 4,4 кХ
...
При малых и средних скоростях охлаждения преимущественными местами выделения гидридов титана служат границы зерен и призматическая плоскость (1010). При резкой закалке гидриды выделяются в мелкодисперсной форме и равномерно распределяются по объему зерен [62, 64].
...
Элементы расположены в таблице в порядке возрастающей способности вступать в эвтектоидную реакцию.
...
В отличие от превращений диффузионного типа характерной чертой мартенситных превращений является наличие гистерезиса, величина которого должна быть численно равна разности Т0
...
Объемная скорость мартенситных превращений обычно на несколько порядков превышает скорость диффузионных превращений. Зависимость объемной скорости мартенситных превращений от температуры принципиально также должна иметь вид кривой с
...
Кинетика фазовых превращений сталей и сплавов титана. Мартенситные и промежуточные превращения
...
Рис. 3. Влияние углерода на температуры начала и конца мартенситного превращения в углеродистой стали. (Суммировано А. П. Гуляевым [35] поданным различных авторов)
...
Влияние легирующих элементов в стали на температуру 7\, „ наиболее полно изучено В. И. Зюзиным, В. Д. Садовским и С. И. Баранчу-ковым [64] на примере стали с 1% С (рис. 4). Элементы Мп, Сг, Ni, V, Мо и Си снижают 7\1Н, Si не влияет, а Со п Al повышают ее. На примере сталей с Сг и Мо эти исследователи, а также В. Г. Воробьев и
...
С понижением 7\, u и 7\1Ь количество остаточного аустенита (при комнатной температуре) возрастает, с повышением этих температур, наоборот, уменьшается. Особенно значительно влияние на содержание остаточного аустенита в закаленной стали оказывают С, Мп, Сг и Ni (рис. 5 и 6).
...
В отличие от сталей в сплавах титана, богатых титаном, 7\, „ располагается непосредственно в двухфазной а + Р-области (см. рис. 2) и
...
располагается вне двухфазной а+у-области и в большинстве случаев значительно ниже эвтектоидной температуры (см. рис. 1, 77).
...
ном повышает Гмн на 10% на каждый 0,1% О. Аналогично действует и азот [24]. По данным И. Л. Тейлора и П. Дьюза [3], алюминий в а + |3-силавах немного снижает Тм
...
ном повышает Г_мн на 10% на каждый 0,1% О. Аналогично действует и азот [24]. По данным И. Л. Тейлора и П. Дьюза [3], алюминий в а + |3-силавах немного снижает
...
На рис. 8, по данным Н. В. Агеева и Л. А. Петровой [48], показано влияние температуры закалки Тшк
...
-стабилизирующими элементами при повышении температуры закалки связаны главным образом с уменьшением скорости зарождения вследствие повышения однородности
...
-фазы и роста зерна. Влияние же легирующих элементов должно проявляться как на скорости зарождения, так и на скорости роста а-фазы.
...
Наиболее высокую твердость закаленные сплавы имеют тогда, когда в их структуре присутствует и-фаза. Твердость а'-фазы и особенно а'-фазы значительно ниже, чем у а)-фазы, и еще более низкая, чем у мартенсита в сталях.
...
-стабилизирующими элементами при повышении температуры закалки связаны главным образом с уменьшением скорости зарождения вследствие повышения однородности
...
В процессе старения со-фаза теряет когерентность по отношению к р-фазе и становится различимой на электронномикроскопических снимках в виде характерных «оспин». Распад со-фазы происходит диффузионным путем на а-фазу и обогащенную р-фазу, после чего твердость сплавов снижается. При длительном старении эта обогащенная Р
...
В сталях к промежуточному превращению относят бейнитное (иголь-чато-трооститное) превращение. Наличие этого превращения обусловлено относительно высокой диффузионной способностью углерода в интервале температур, располагающемся ниже температуры Т0
...
Бейнитное превращение, как и мартенситное, протекает сдвиговым путем. Однако в отличие от мартенситного превращения возникновение бейнитного превращения и его объемная скорость лимитируются диффузией углерода [35, 68, 5]. Действительно, для образования зародыша кристалла а-фазы по мартенситной кинетике в доэвтектоидной стали с концентрацией углерода С (см. рис. 1, //, а)
...
В ряде легированных сталей с невысоким содержанием углерода 1 бейнит с «игольчатым» строением практически не удается отличить от мартенсита при помощи обычного металлографического анализа. В температурной области промежуточного превращения на диаграммах изотермического распада аустенита обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита, температура которого Tmin2
...
В процессе старения со-фаза теряет когерентность по отношению к р-фазе и становится различимой на электронномикроскопических снимках в виде характерных «оспин». Распад со-фазы происходит диффузионным путем на а-фазу и обогащенную р-фазу, после чего твердость сплавов снижается. При длительном старении эта обогащенная
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...
друг к другу, что практически выявляется один общий минимум устойчивости аустенита. Легирование стали Мп, Сг, Ni, Мо, W и V замедляет промежуточное превращение и сдвигает его в области более низких температур, в результате чего на диаграммах изотермического превращения с большей или меньшей четкостью обнаруживается второй минимум устойчивости аустенита. В доэвтектоидной нелегированной стали углерод повышает температуру бейнитного превращения, а в легированной, наоборот, снижает. В некоторых легированных сталях температурный интервал бейнитного превращения накладывается на верхнюю часть интервала мартенситного превращения.
...

Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
Руководство по пайке металлов
Газовая сварка и резка металлов
Металловедение сварки стали и сплавов титана
Справочник по сварке и склеиванию пластмасс
Контактная сварка. В помощь рабочему-сварщику
Справочник молодого электросварщика по ручной сварке: Справ, пособие для средних ПТУ

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Металловедение сварки стали и сплавов титана