книги / Физическое металловедение титана

чие в дислокационной структуре полигоиизованного и рекристаллизованиого металла проявляется и в механиче­ ских свойствах металла. Металл с полигонизованной структурой отличается .наилучшим сочетанием прочно­ сти и пластичности.

Характер дислокационной структуры сплава ВТ15 по­ сле ВТМО зависит от паузы между -горячей деформацией и закалкой [54]. При минимальной паузе в сплаве фик­ сируется дислокационная структура, свойственная горячедеформированному металлу, для которой характерно формирование субзерен-размером в несколько микрон. Стенки субзерен еще недостаточно совершенны; они сос­ тоят из дислокационных сеток. Внутри субзерен наблю­ даются отдельные дислокации и дислокационные петли, имеющие удлиненную форму.

■После холодной деформации с теми же степенями об­ жатия распределение дефектов по зерну довольно равно­ мерное с большой плотностью дислокаций; дислокацион­ ных петель при всех исследованных степенях деформации обнаружено не .быдо. Такое различие в дислокационной структуре холодно- и горячедеформированных образцов связано с тем, что при высоких температурах протекают термически .активируемые процессы, определяющие обра­ зование дислокационных нетель, в то время как три ком­ натной температуре эти процессы затруднены.

С увеличением продолжительности паузы между кон­ цам деформации и закалкой тело субзерен очищается от дислокаций в результате их аннигиляции и выхода на границы зерен и субзерен. В результате этих процессов средняя плотность дислокаций уменьшается, и исчезают дислокационные петли, образовавшиеся итри 'горячей де­ формации. Границы субзерен приобретают более пра­ вильную кристаллографию, характерную для полигонизованной структуры.

'При горячей деформации с последующим охлаждени­ ем на воздухе в сплаве ВТ 15 формируется субструктура с четко сформированными субзернами, свободными от дислокаций.

В наиболее совершенных монокристаллах титана плот­ ность дислокаций колебалась от 103 до Ю5 см-2. В поликристаллическом титане плотность дислокаций составля­ ет 107—109 см“2 (по результатам электронной микроско­ пии тонких фолы на просвет). При деформации титана

73

геновской дифракции [58], ио они менее надежны, чем электронная микроскопия.

Термомеханическая обработка а+р-титановых (ТМО) сплавов создает в них повышенную плотность ди­ слокаций по сравнению со стандартной технологией по­ лучения полуфабрикатов [60, 61]. Плотность дислокаций в сплаве ВТЗ-1 составляет 2- 10п см-2 после деформации при 20°С и 10,а см-2 после ТМО при 1000°С с последую­ щей закалкой [61]. В сплаве ВТ 15 плотность дислокаций после ТМО по аналогичному режиму составляет 7,5Х ХЮ10 см-2, т. е. на порядок меньше. Поскольку ТМО то­ го и другого сплава проводилась при одной и той же тем­ пературе, соответствующей p-области, то из приведенных данных следует, что повышенная плотность дислокаций в сплаве ВТЗ-1 связана с протекающим в нем при быстром охлаждении мартенситным превращением, причем при мартенситном превращении наследуются деформацион­ ные дефекты p-фазы. Плотность дислокаций в сплаве ВТЗ-1 после ТМО с последующей закалкой больше, чем после холодной деформации. Это связано с тем, что при резком охлаждении с температуры ТМО не только сохра­ няются дефекты, внесенные деформацией, но и возника­ ют новые в процессе мартенситного превращения.

ДЕФЕКТЫ УПАКОВКИ В ТИТАНЕ

В титане, как и в других металлах, образуются дефек­ ты •yinaimBiKH <(Д* У-) внедрения и вычитания [6, 10, 62]. Дефекты вычитания возникают при захлопывании вакансиоиных дисков, образованных вакансиями, генерирован­ ными при пластической деформации металлов или при их облучении. За образование д. у. внедрения ответственны дислоцированные (межузельные) атомы, также возника­ ющие при пластической деформации металла или облу­ чении. Кроме этого, дефекты внедрения и вычитания мо­ гут образовываться в форме комплекса двух рядом ле­ жащих дефектов разного знака, в частности вблизи от концентраторов напряжения. Дислокационные петли, об­

75

Рис. 34. Соответствие упаковок атомов в плоскостях {1 100}

77

чередовании атомных плоскостей приводит к изменению формы зон Бриллюэна, что сопровождается увеличением свободной энергии, тем большим, чем ближе расположе­ на поверхность Ферми к зоне Бриллюэна. Поскольку плотность электронных состояний на уровне Ферми про­ порциональна коэффициенту низкотемпературной удель­

8,1 • 10~4 кал/(моль-град2). Этому значению уэ соответст­ вует э. д. у. около 200 эрг/см2 (рис. 35).

Легирование титана алюминием приводит к увеличе­

гирования возрастает все­ го в два раза, в то время как вероятность дефектов упа­

ковки — в несколько десятков раз. Энергия дефектов упаковки пропорциональна отношению плотности дисло­ каций к вероятности деформационных дефектов. Отсюда следует, что алюминий и олово сильно уменьшают энер­ гию дефектов упаковки в плоскости базиса.

■Было обнаружено [58], что вероятность/? деформаци­ онных дефектов упаковки -в титане возрастает с увеличе­ нием содержания алюминия по закону

где ро — вероятность дефектов упаковки в титане;

79

|As | — абсолютное значение разности валентностей ле­ гирующего элемента и титана;

С — содержание растворенного элемента в атомных процентах;

К — константа.

Для сплавов титана с алюминием вероятность дефек­ тов упаковки, вычисленная из величины уширения рент­ геновских дифракционных линий, составляет:.

Если по Энгелю принять валентности титана и алюминия равными 2 и 3, то К в уравнении (17) получается равным 0,23.

Описанное выше изменение вероятности деформаци­ онных дефектов упаковки приводит к изменению дисло­ кационной структуры титана при легировании его алю­ минием [65]; Дислокационная структура титана и его сплава с 2% А1 (по массе) после деформации на 5% представлена ячейками и дислокационными сплетениями. Такая структура соответствует металлу с высокой э. д .у. Дислокационная структура сплава Ti+7,76% А1 (по мас­ се) представлена плоскими дислокационными рядами, что соответствует металлу с низкой э. д. у. В сплаве Ti+ +5,1% А1 (по массе) наблюдаются и плоские скопления дислокаций, и ячеистая дислокационная структура. Од­ нако следует иметь в виду, что при высоких концентра­ циях алюминия в a-твердом растворе происходит упоря­ дочение, в связи с чем изменение дислокационной струк­ туры титана с увеличением содержания в нем алюминия может быть связано не только с уменьшением э. д. у., но и с возникновением ближнего порядка.

1100° С, методом дифракционной электронной микроско­ пии были обнаружены дефекты упаковки, обусловленные нарушением правильного чередования плоскостей {310} [53]. При электрониомикроскопических исследованиях на просвет тонких фольг этих сплавов наблюдался по­ лосчатый контраст (рис. 36), изменения которого при на­ клоне образца относительно электронного пучка свиде-

80