Способ наводороживания титановых сплавов

СПОСОБ НАВОДОРОЖИВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, включающий нагрев в вакууме, напуск водорода, выдержку для насыщения водорода и охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что, с целью получения заданных значений концентрации водорода и интенсификации процесса, насыщение водорода проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода сплавом, выдержку ведут в течение времени, необходимого для выравнивания концентрации водорода по сечению образца при температуре на 20 40^oС ниже температуры + _ перехода сплава с заданным значением концентрации водорода.

Изобретение относится к металлургии и используется при применении водорода в качестве временного легирующего элемента для повышения пластичности и снижения сопротивления деформации при обработке давлением, а также при термоводородной обработке титановых сплавов в авиационной технике и машиностроении.
Известен способ новодороживания заготовок из -, + -и -титановых сплавов, заключающийся в нагреве до 900^оС в вакууме, вакуумном отжиге, введении водорода, диффузионном отжиге и охлаждении до комнатной температуры.
Однако вследствие снижения растворимости водорода в титане при повышении температуры этот способ не всегда обеспечивает легирование заданным объемом водорода и увеличивает длительность процесса насыщения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является способ новодороживания, применяемый для гидрирования кусковых отходов титановых сплавов с целью получения порошков титана, заключающийся в нагреве в вакууме при 900^оС в течение 20-30 мин для очистки поверхности отходов от кислорода, охлаждении с 900 до 300^оС в среде водорода при повышенном давлении, выдержке 1-1,5 ч, охлаждении до комнатной температуры.
Известный способ, принятый за прототип, предназначен для получения порошка из титановых сплавов и поэтому при его использовании создаются условия, обеспечивающие образование в поверхностных слоях заготовок гидрида титана, приводящего к растрескиванию поверхности. По этой причине использование прототипа для получения бездефектных заготовок титановых сплавов с заданной концентрацией водорода не представляется возможным.
Целью изобретения является получение заданных значений концентрации равномерно распределенного по сечению водорода и сокращение длительности процесса наводороживания.
Поставленная цель достигается тем, что в способе наводороживания титановых сплавов, включающем нагрев заготовок в вакууме, насыщение водородом, выдержку и охлаждение до комнатной температуры, насыщение водородом проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом, а выдержку после насыщения водородом при температуре на 20-40^оС ниже + _ -перехода сплава с заданной концентрацией водорода.
Насыщение водородом титановых сплавов при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом, а также последующая выдержка при температуре на 20-40^оС ниже температуры + _ -перехода новодороженного до заданной концентрации сплава никогда не применялись в способе наводороживания титановых сплавов. Это позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".
Положительный эффект способа достигается тем, что процесс наводороживания проводят при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения водорода данным титановым сплавом. Так, например, для сплавов ВТ1-0, ВТ18У и ВТ8 эта температура составляет 600^оС (фиг. 1-3). Наводороживание при более высокой и более низкой температуре приводит к повышению остаточного давления водорода в системе, а следовательно, и к снижению концентрации водорода в сплаве по сравнению с расчетной (фиг. 4). Кроме того, наводороживание при более низких температурах приводит к растрескиванию поверхности заготовок.
Такое влияние температуры на скорость поглощения водорода титановыми сплавами и количество растворенного водорода можно объяснить тем, что с повышением температуры растворимость водорода в них уменьшается, а его диффузионная подвижность возрастает. Оптимальная температура наводороживания наблюдается при сочетании достаточно высоких значений растворимости и диффузионной подвижности водорода в сплаве. Повышение температуры наводороживания приводит к уменьшению растворимости водорода в сплаве, а следовательно, к снижению его концентрации по сравнению с расчетной. Наводороживание при более низких температурах способствует увеличению растворимости водорода, но из-за уменьшения скорости диффузии он проникает в заготовку на меньшую глубину, т. е. в растворении водорода принимает участие меньший объем сплава и в связи с этим снижается средняя концентрация водорода в заготовке по сравнению с расчетной.
Кроме того, как видно из данных, приведенных на фиг. 1-3, при оптимальной температуре наводороживания сокращается время поглощения водорода (время до стабилизации давления водорода в системе). Так, например, для сплава ВТ18У при температуре 500^оС оно составляет 2900^оС, при оптимальной температуре 600^оС 2400 с, при 700^оС более 7000 с. Подобные закономерности характерны и для других сплавов.
Выдержка после наводороживания необходима для выравнивания концентрации водорода по сечению заготовки. Это диффузионный процесс и для сокращения длительности его необходимо проводить при возможно более высоких температурах. Однако температура выдержки не должна превышать температуру + _ -перехода, т. к. титановые сплавы склонны к интенсивному росту зерна при температурах в -области.
В связи с этим с учетом точности регулирования температуры во избежание выдержки в -области необходимо назначать температуру на 20-40^оС ниже температуры + _ -перехода сплава с заданным содержанием водорода.
П р и м е р 1. Заготовки из сплава ВТ1- 17 х 100 наводороживали при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура + _ -перехода сплава с 0,35% водорода 800^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 1).
П р и м е р 2. Заготовки из сплава ВТ18У 17 х 100 наводороживались при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура + _ -перехода сплава с 0,35% водорода 900^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 2).
П р и м е р 3. Заготовки из сплава ВТ 17 х 100 наводороживались при исходном давлении водорода 632 кПа. Температура + -_ -перехода сплава с 0,35% водорода 820^оС. Время выдержки после поглощения водорода 2 ч (см. табл. 3).
Использование предлагаемого способа наводороживания титановых сплавов позволяет интенсифицировать этот процесс, сокращая время наводороживания в 1,5-2 раза, получить концентрации водорода в металле, близкие к расчетным, избежать рост зерна и растрескивания поверхности.
Изобретение может быть использовано при обработке металлов давлением для повышения пластичности и снижения сопротивления деформации. Способ включает нагрев в вакууме, насыщение водородом при температуре, обеспечивающей максимальную скорость поглощения, выдержку при температуре на 20 - 40°С ниже температуры полиморфного превращения сплава с заданной концентрацией водорода в течение времени, необходимого для выравнивания концентраций водорода по сечению изделия. Способ позволяет получать заданное значение наводороживания титановых сплавов. 3 табл. 4 ил.