Промислові титанові сплави

За структурою в рівноважному стані титанові сплави підрозділяються на α-, псевдо-α-, (α+β) -, псевдо-β- і β-сплави.

До сплавів з α-структурою відносяться сплави титана з алюмінієм (наприклад, ВТ5), а також сплави, додатково леговані оловом або цирконієм (наприклад, ВТ5-1). Вони характеризуються високими механічними властивостями при криогенних і підвищених температурах, мають високу термічну стабільність властивостей, але не піддаються термічній обробці і володіють низькою технологічною пластичністю.

Псевдо-α-сплави мають переважно α-структуру і невелику кількість β-фази (1…5%) унаслідок додаткового легування β-стабілізаторами: Mn, V, Nb, Mo й ін. Зберігаючи достоїнства α-сплавів, вони, завдяки наявності β-фази, володіють високою технологічною пластичністю. Сплави з низьким змістом алюмінію (2…3%) обробляються тиском в холодному стані і лише при виготовленні складних деталей їх нагрівають до 500…700°С (ОТ4, ОТ4-1). Сплави з великим змістом алюмінію при обробці тиском вимагають нагріву до 600…800°С. На міцність цих сплавів, крім алюмінію, сприятливо впливають цирконій і кремній. Цирконій, необмежено розчиняючись в α-фазі, підвищує температуру рекристалізації. Крім того, він сприяє збільшенню розчинності β-стабілізаторів в α-фазі, що викликає зростання міцності при звичних і високих температурах. Кремній підвищує міцність в результаті утворення тонко дисперсних силіцидів, важко розчинних в α-фазі. Тому псевдо-α-сплави із змістом алюмінію 7…8% і леговані Zr, Si, Mo, Nb, V (BT20) володіють найбільшою серед титанових сплавів жароміцністю.

Недолік цих сплавів – схильність до водневої крихкості. Водень мало розчиняється в α-фазі і присутній в структурі у вигляді гідридів, які знижують пластичність і в'язкість сплавів. Допустимий вміст водню в псевдо-α-сплавах коливається в межах 0,005…0,02%.

Двофазні (α+β)- сплави володіють кращим поєднанням технологічних і механічних властивостей. Вони леговані алюмінієм і β-стабілізаторами.

Стійкість β-фаз і термічну стабільність сплавів сильно підвищують ізоморфні β-стабілізатори(Mo, V, Nb). Молібден надає сильну зміцнюючу дію, особливо при вмісті його в сплаві більше 4%. Слабкіше зміцнюють V і Nb, але при цьому трохи знижують пластичність сплавів. Проте найбільше зміцнення досягається при легуванні титана β-стабілізаторами, утворюючих евтектику (Fe, Cr, Мn). Тому до складу двофазних промислових сплавів входять як ізоморфні, так і β-стабілізатори, які утворюють евтектику.

Сплави α+β зміцнюються після гартування і старіння. У відпаленому і загартованому станах вони мають хорошу пластичність, а після старіння – високу міцність при звичайних і підвищених температурах. При цьому, чим більше β-фази міститься в структурі сплаву, тим він міцніше в відпаленому стані і сильніше зміцнюється при термічній обробці.

Двофазні сплави задовільно зварюються і обробляються різанням. Після зварювання потрібен відпал для підвищення пластичності зварного шва.

Псевдо-в-сплави (ВТ15) – високолеговані в основному β-стабілізаторами сплави. Сумарна кількість легуючих елементів, як правило, перевищує 20%. Найчастіше для легування використовують Мо, V, Сг, рідше – Fe, Zr, Sn. Алюміній присутній майже у всіх сплавах, але в невеликих кількостях (~3%). У рівноважному стані сплави мають структуру переважно β-фази з невеликою кількістю α-фази. Після гартування їх структура. – метастабільна β'- фаза. У цьому стані сплави володіють хорошою пластичністю (δ = 12...40%; ψ =30...60%), легко обробляються тиском, мають порівняно невисоку міцність (σ_в 650...1000 МПа). Залежно від хімічного складу тимчасовий опір після старіння складає 1300…1800 МПа. У деяких сплавів σ_в при старінні збільшується більш ніж в 1,5 рази. Густина цих сплавів знаходиться в інтервалі 4,9…5,1 т/м^3. Сплави відрізняються високою питомою міцністю, володіють низькою схильністю до водневої крихкості, задовільно обробляються різанням; їх недоліки – знижена пластичність зварних швів і низька термічна стабільність; чутливість до домішок кисню і вуглецю, які викликають зниження пластичності і в'язкості.

Найбільшого поширення в промисловості набув сплав ВТ15. Його випускають у вигляді листів, смуг, прутків, поковок. Цей сплав рекомендується для тривалої роботи при температурі до 350°С.

Однофазні β-фази не мають промислового застосування, оскільки для отримання стійкої β-структури вони повинні бути леговані великою кількістю дорогих, дефіцитних, що володіють високою густиною ізоморфних β-стабілізаторів (V, Mo, Nb, Та). Такі сплави дорого стоять, мають знижену питому міцність

Титанові сплави мають хороші ливарні властивості. Невеликий температурний інтервал кристалізації забезпечує їм високу рідиноплинність і хорошу густину відливок. Вони володіють малою схильністю до утворення гарячих тріщин і невеликою лінійною усадкою (1%); їх об'ємна усадка складає близько 3%.

До недоліків ливарних титанових сплавів відносяться велика схильність до поглинання газів і висока активність при взаємодії з формувальними матеріалами. Тому їх плавлення і розливання ведуть у вакуумі або в середовищі нейтральних газів. Для отримання крупних фасонних відливок (до 300…500 кг) використовують чавунні і сталеві форми; дрібні деталі відливають в оболонкові форми, виготовлені із спеціальних сумішей. Для фасонного лиття застосовують сплави, аналогічні за хімічним складом тим, що деформуються (ВТ5Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л), а також спеціальні ливарні сплави.

Ливарні титанові сплави володіють нижчими механічними властивостями, ніж ті, що деформуються. Зміцнююча термічна обробка різко знижує пластичність ливарних сплавів і тому не застосовується.

Набули достатньо широкого поширення сплави на основі інтерметалідів титану, які підрозділяються на жароміцні і сплави, що володіють пам'яттю форми.

Жароміцні сплави відносяться до системи Ti-А1, їх структура складається з α- і γ-фаз ( Тi₃Аl і TiAl, відповідно). Ці сплави за жароміцністю перевершують всі титанові сплави і багато жароміцних сталей, наближаючись за властивостями до сплавів на основі нікелю. Густина цих сплавів складає 3500 кг/м³.

Основу сплавів, що володіють пам'яттю форми, складає нікелід титана (TiNi). Сплави, що володіють пам'яттю форми, застосовуються в космічній техніці для саморозкриваючих антен, що заздалегідь одержали компактну форму для полегшення доставки на космічний корабель. Ці сплави використовуються при установці заклепок, що саморозклепуються в труднодоступних місцях конструкції і для сполучних муфт трубопроводів, що самоспрацьовують.

Дата добавления: 2014-01-07