Загальна характеристика титану і його сплавів

Титан і сплави на його основі

Титан є одним з найпоширеніших елементів і за змістом в земній корі посідає четверте місце після заліза, алюмінію і магнію. Температура плавлення титана складає 1668^оС, а густина – 4510 кг/м³. Титан має дві поліморфні модифікації. Низькотемпературна (до 882°С) модифікація Ti_α характеризується гексагональними щільно упакованими гратами з періодами а = 0,296 нм, с =0,472 нм. Високотемпературна Ti_β має об'ємно центровані кубічні грати з періодом а = 0,332 нм.

Технічний титан маркують залежно від змісту домішок ВТ1-00 (сума домішок < 0,10%), BTl-0 (сума домішок < 0,30%).

Технічний титан добре обробляється тиском і зварюється аргонодуговим і точковим зварюванням. Титан погано обробляється різанням, налипає на інструмент, внаслідок чого той швидко зношується. Механічна обробка титана здійснюється інструментами з швидкорізальної сталі і твердих сплавів при малих швидкостях різання з великою подачею і глибиною різання і застосуванням інтенсивного охолоджування.

Легуючі елементи за характером впливу на поліморфні перетворення титана підрозділяють на три групи: α-стабілізаторі, β-стабілізаторі і нейтральні елементи.

До α-стабілізаторів відносяться А, О, N, які підвищують температуру поліморфного α↔β перетворення і розширюють область твердих розчинів на основі Ti_α. Практичне значення для легування титана має тільки алюміній, оскільки кисень і азот сильно окричують титанові сплави і не застосовуються як легуючі елементи.

Введення алюмінію в титанові сплави зменшує їх густину і схильність до водневої крихкості, підвищує модуль пружності і межу міцності звичних і підвищених температур.

Знижуючи температуру поліморфного перетворення титана, β-стабілізатори розширюють область твердих розчинів на основі Тi_β, і, як правило, підвищують міцність, жароміцність і термічну стабільність титанових сплавів, декілька знижуючи їх пластичність. Крім того, вони сприяють зміцненню сплавів за допомогою термічної обробки. Найсприятливіший вплив на властивості титанових сплавів роблять Мо, V, Сг, Мn.

Нейтральні елементи Sn, Zr, Hf, Th мало впливають на температуру поліморфного перетворення, і їх наявність не змінює фазового складу титанових сплавів. Нейтральні елементи впливають на властивості титанових сплавів, завдяки зміні властивостей α- і β-фаз, в яких вони розчиняються. Найбільше практичне значення мають олово (підвищує міцність титанових сплавів при звичних і високих температурах без помітного зниження пластичності) і цирконій (збільшує межу повзучості).

Механічні властивості титану сильно залежать від наявності домішок (кисню, азоту, вуглецю і водню), які при взаємодії з ним утворюють тверді розчини проникнення, а також гідриди, оксиди, нітриди і карбіди. При цьому підвищується твердість, межі міцності і текучість, але значно зменшується пластичність, погіршуються зварюваність і штампуємість, знижується корозійна стійкість. Тому вміст цих домішок в титані обмежений сотими, а іноді тисячними частками відсотка. Аналогічним чином, але у меншій мірі, впливають на його властивості залізо і кремній, утворюючі з титаном тверді розчини заміщення.

Титанові сплави піддають відпалу, гартуванню і старінню, хіміко-термічній обробці. Відпал проводять головним чином після холодної деформації для зняття наклепу при 670…800°С з витримкою від 15 хв. до 3 год.

Для підвищення зносостійкості титанові сплави піддають азотизації в середовищі сухого, очищеного від кисню, азоту, оскільки азотизація в аміаку сприяє окрихчуванню титанових сплавів унаслідок насичення воднем. Азотують сплави при температурі 850…950°С протягом 10…50 год. При цьому на поверхні утворюються тонкий нітрідний шар і α-твердий розчин, збагачений азотом. Товщина нітрідного шару дорівнює 0,06…0,2 мм, твердість – 1200 HV. Глибина шару, збагаченого азотом α-твердого розчину, дорівнює 0,1…0,15 мм, твердість – 500…800 HV. Для усунення крихкого нітрідного шару і зменшення крихкості азатованого шару рекомендується проводити вакуумний відпал при 800…900°С.

Для підвищення жаростійкості титанові сплави піддають силіціюванню й іншим видам дифузійної металізації.

Дата добавления: 2014-01-07