Титан і його сплави

Магній та його сплави

Магній – найлегший конструкційний метал з атомним номером 12, атомною масою 24,32, ГЩУ–граткою, густиною 1,7 г/см³, температурою плавлення t_пл=650^оС, механічними властивостями: s_В=180 МПа, d=18%. Магній хімічно дуже активний метал. У чистому вигляді як конструкційний матеріал його не застосовують. В основному застосовують сплави магнію з Al, Zn, Mn, Zr. Магнієві сплави за технологічною ознакою поділяють на дві групи: ливарні та сплави, що деформуються. Ливарні сплави маркуються літерами МЛ, а сплави, що деформуються - МА. Після цих літер ставлять число, яке вказує номер сплаву, наприклад, МА1, МА5, МА9, МЛ3, МЛ5 та ін.

Сплави магнію можна зміцнювати гартуванням і штучним старінням. Гартування ливарного сплаву здійснюється з нагріванням до температури близько 400^оС, а старіння – при 200..300^оС.

Магнієві сплави погано деформуються при нормальній температурі. Для підвищення пластичності їх необхідно нагрівати до 360..520^оС.

З магнієвих сплавів, що деформуються, виготовляють деталі автомобілів, літаків, ткацьких верстатів тощо. З ливарних сплавів виготовляють деталі двигунів, різних приладів, швейних машин, кліше тощо. Магнієві сплави мають високу питому міцність. Тому вони широко використовуються в літако- та ракетобудуванні.

Титан – це сріблясто-білий метал з атомним номером 22, атомною масою 47,9, густиною g=4,5 г/см³, температурою плавлення t_пл=1672^оС, має дві поліморфні модифікації: низькотемпературну Ті_a з ГЩУ-граткою і високотемпературну Ті_b з ОЦК граткою. Температура поліморфного перетворення титану становить 882,5^оС.

Чистий йодидний титан має такі механічні характеристики: s_В =250 МПа, d =60%, y =80%. Зі зниженням чистоти міцність титану підвищується, а пластичність і в’язкість знижуються.

Титан – хімічно активний метал, але на повітрі швидко покривається захисною плівкою оксидів, через що набуває високої стійкості на повітрі, у воді, в органічних і неорганічних кислотах, тобто має високу корозійну стійкість. Крім того, титан і сплави на його основі характеризуються високою питомою міцністю. Недоліками титану є його активна взаємодія з азотом, киснем та воднем, схильність до водневої крихкості. Азот, вуглець, кисень і водень, зміцнюючи титан, знижують його пластичність, опір корозії, зварюваність. Титан погано оброблюється різанням і задовільно тиском.

Сплави на основі титану. Легуючі елементи за їх впливом на температуру поліморфного перетворення титану поділяють на дві основні групи: a -стабілізатори – елементи, що розширюють область існування a-фази та підвищують температуру Ті_a «Ті_b - перетворення, і b -стабілізатори – елементи, які звужують a -область і знижують температуру поліморфного перетворення. До першої групи належать Аl, Ga, La, C, O, N, Ge, а до другої – V, Ta, Nb, Zr, W, Mo, Cr, Mn, Fe, Co, Si тощо. Елементи другої групи поділяються на евтектоїдоутворюючі (Cr, Mg, Fe та ін.) та на ті, з якими титан утворює сплави, що не зазнають евтектоїдного розпаду (V, Mo, Nb, Ta, W), так звані b-ізоморфні стабілізатори.

Легуючі елементи впливають на експлуатаційні характеристики титану. Fe, Al, Mg, Cr, Sn, V, S i підвищують його міцність (s_В), але знижують пластичність (d, y) і в’язкість (КСU). Al, Zr, Mo підвищують жароміцність, а Mo, Zr, Nb, Ta, Pd – корозійну стійкість.

Класифікація титанових сплавів. За рівноважною структурою (після відпалу) титанові сплави поділяють на три основні групи: a-сплави, (a+b)-сплави (двофазні) та b-сплави. Сплави першої групи (a-сплави) малопластичні, а третьої групи (b-сплави) найбільш пластичні, але менш міцні. Найбільш високий комплекс властивостей мають двофазні (a+b)-сплави. Вони більш міцні, ніж однофазні, добре куються і штампуються, піддаються термічній обробці. Тому, як конструкційний матеріал, переважно застосовуються двофазні (a+b)-сплави. Основними легуючими елементами титанових сплавів є Al, Si, Mn, Cr, Mo, V, Zr, при цьому Al входить до складу практично всіх сплавів Ті.

За технологічною ознакою титанові сплави поділяють на ливарні, ті, що деформуються та порошкові, а за фізико-хімічними і механічними властивостями – на високоміцні, звичайної міцності, високопластичні, жароміцні, корозостійкі.

Титанові сплави, що деформуються. Більшість титанових сплавів легують Al, який підвищує їх жорсткість, міцність, жароміцність і жаростійкість, а також знижує густину.

a-титанові сплави термічною обробкою не зміцнюються. Їх зміцнення досягається легуванням твердого розчину і пластичним деформуванням. До цієї групи належить сплав ВТ5-1, який має добру зварюваність, жароміцність, кислотостійкість, пластичність при низьких температурах, термічну стабільність до 450^оС. До складу цього сплаву входять ~5%Al і ~2,5%Sn. Олово додають у сплав для поліпшення його технологічних і механічних властивостей. Механічні властивості даного сплаву: s_В=800...1000 МПа, d=10...15%. Зі сплаву ВТ5-1 виготовляють листи, поковки, труби, дріт, профілі. (a+b)-сплави зміцнюються термічною обробкою, що складається із гартування і старіння. Їх зварюваність гірша, ніж a-сплавів. Типовим представником цієї групи є сплав ВТ6, який характеризується оптимальним поєднанням технологічних і механічних властивостей. Хімічний склад сплаву ВТ6: ~6%Al, ~4%V, решта Ті, механічні властивості: s_В=1100...1250 МПа, d=6%.

До двофазних сплавів належить жароміцний сплав ВТ8, який призначений для довготривалої роботи при 450...500^оС під навантаженням. Хімічний склад сплаву ВТ8: ~6,4Al, ~3,1%Mg, ~3%Si, механічні властивості: s_В=1000...1250 МПа, d=9...11%.

Псевдо-b-титанові сплави характеризуються високим вмістом b-стабі­лізаторів, високою пластичністю у загартованому стані та високою міцністю після старіння. До цієї групи належить сплав ВТ15, який має високу пластичність (d =20%) і невисоку міцність (s_В =900 МПа) у загартованому стані. Однак після старіння при 450^оС його міцність підвищується до s_В =1500 МПа при пластичності d =6%. Зі сплаву ВТ15 виготовляють прутки, поковки, листи, штаби. Хімічний склад сплаву ВТ15: ~3%Al, ~8%Mo, 11%Cr.

Ливарні титанові сплави. Ливарні сплави у порівнянні зі сплавами, що деформуються, мають більш низьку міцність, пластичність і витривалість, але дешевше. Їх склад аналогічний складу сплавів, що деформуються, тільки наприкінці марки ливарних сплавів ставлять літеру “Л”, наприклад, ВТ5Л, ВТ14Л.

Порошкові сплави титану. Порошкові сплави отримують методом порошкової металургії, що забезпечує зниження їх вартості приблизно на 50% і підвищення продуктивності виготовлення виробів у два рази.

Галузі застосування сплавів титану. Основними галузями використання сплавів титану є:

- літако- та ракетобудування (обшивка літаків, корпуси ракет і двигунів, диски і лопаті компресорів авіаційних двигунів);

- хімічна промисловість (компресори, клапани, вентилі);

- обладнання для обробки ядерного палива;

- морське та річкове суднобудування (гребні гвинти, обшивка кораблів);

- кріогенна техніка.

Дата добавления: 2014-01-07