Группа 9321

Студент И.Н. Самарова

Преподаватель Т. Ю. Скакова

МОСКВА 2010

Оглавление

Система титан—водород

Водородное охрупчивание α-титана

Титан высокой чистоты

Технический титан

Стабилизированные α-сплавы

Выводы

Водородное охрупчивание α-β-титановых сплавов

Характерные признаки водородного охрупчивания α-β-титановых сплавов

Механизм водородного охрупчивания α—β-титановых сплавов

Влияние водорода на механические свойства β-титановых сплавов

Система титан—водород

Систему титан — водород изучали многие исследователи. Титан в отличие от железа относится к группе экзотермических металлических окклюдеров. Поэтому взаимодействие водорода с металлом в этой системе усложняется образованием гидридной фазы, а также наличием аллотропического превращения в металлическом титане. Мак-Квиллан установил, что при температурах выше 500 °С в системе титан — водород существуют три фазы: α - фаза (с плотноупакованной гексагональной решеткой), β - фаза (с о.ц.к. решеткой) и γ -фаза (с г.ц.к. решеткой). Первые две фазы являются низко- и высокотемпературными аллотропическими формами металлического титана, в то время как третья фаза соответствует гидриду, найденному Хэггом и Шипко при температурах ниже 500 °С. Метод Мак-Квиллана заключался в основном в измерении равновесного давления водорода в зависимости от концентрации и температуры (рис.1). Из правила фаз следует, что в однофазных сплавах равновесное давление водорода будет изменяться с изменением его содержания, тогда как в двухфазных областях давление будет оставаться постоянным. Горизонтальные участки кривых давление — концентрация (рис. 1) указывают на то, что при этом составе, давлении и температуре существуют двухфазные сплавы.

Рис.1. Кривые зависимости концентрации от давления при постоянной температуре для системы водород – титан.

Гидридная фаза (названная Мак-Квилланом γ-фазой) существует при любом из названных составов и имеет структуру при которой атом водорода занимает позиции внедрения в кристаллической решетке и в идеальных условиях окружен четырьмя соседними атомами титана. Эта фаза может быть отнесена к фазам внедрения и подобна промежуточным фазам в обычных сплавах. Результаты различных исследований могут быть представлены в виде диаграммы состояния для системы сплавов титан— водород. Именно таким образом Мак-Квиллан и представил свои данные. Эта система была также исследована Леннингом, Крайгхедом и Джаффе, которые использовали более чистый титан, чем предыдущие исследователи. Их результаты представлены в виде диаграммы состояния на рис. 2.

Рис. 2 Диаграмма равновесия титан-водород (при давлении водорода 760 мм.рт.ст.)

Следует указать, что эта диаграмма состояния справедлива только для двухкомпонентной системы, состоящей из чистого (йодидного) титана и водорода при давлении водорода в одну атмосферу. Диаграмма может значительно измениться при наличии третьего элемента или при изменении давления водорода. Однако не вызывает сомнения тот факт, что водород стабилизирует β-фазу до весьма низких температур, при которых происходит эвтектоидное превращение с образованием двухфазных сплавов, состоящих из α-титана и гидрида (γ-фаза). Это превращение происходит приблизительно при 325 °С и эвтектоидный состав равен приблизительно 44% (ат.) водорода. Растворимость водорода в металлическом α-титане в твердом состоянии возрастает от 0,1% (ат.) при комнатной температуре до 8% (ат.) при эвтектоидной температуре; при температуре выше эвтектоидной β-фаза в присутствии водорода находится в стабильном состоянии. Растворимость водорода в β-титане при этой температуре соответствует эвтектоидному составу. Из диаграммы состояния видно, что растворимость водорода в β-фазе значительно выше, чем в α-титане.

Эта диаграмма является хорошим примером несоответствия между пределом растворимости и общим количеством водорода, абсорбируемого образцом.

Растворимость водорода в любой аллотропической форме титана увеличивается с повышением температуры; в то время как для общего количества водорода, которое может содержаться в γ-фазе (вследствие того, что образование гидрида является экзотермическим процессом), наблюдается обратная зависимость.

Одно из своих исследований Мак-Квиллан проводил на титане недостаточной чистоты; заслуживает внимания тот факт, что кривые давление — концентрация на рис.1 непараллельны оси концентрации в области α-β. Это противоречит правилу фаз для двухкомпонентных систем и можно сделать вывод, что любой сплав технического титана с водородом должен рассматриваться как многокомпонентная система.

Растворимость водорода в техническом титане отличается от его растворимости в очищенном металле. Считают, что это различие обусловливается тем, что некоторые примеси (особенно железо) стабилизируют β-фазу, в результате чего небольшое количество β-фазы сохраняется по границам зерен менее чистого металла при температурах ниже эвтектоидной.

Водородное охрупчивание α-титана

Титан высокой чистоты

Растворимость водорода в α-титане и, следовательно, его влияние на металл зависят от чистоты металла. Поэтому важно отличать титан высокой чистоты от технического титана и α-титана, легированного различными элементами. Как указывалось, растворимость водорода в чистом α-титане составляет ~ 8% (ат.) при 325 °С и 0,1% (ат.) при 125 °С.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--