Титан и сплавы на его основе

Читайте также:

  1. Case-технологии на основе структурного подхода.
  2. Активные минеральные добавки и цементы на их основе
  3. Алюминиевые сплавы
  4. Алюминиевые сплавы, их свойства и особенности работы
  5. АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
  6. Алюминий и его сплавы
  7. Алюминий и его сплавы
  8. Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
  9. Анализ платежеспособности на основе абсолютных показателей ликвидности
  10. Анализ платежеспособности на основе коэффициентов ликвидности
  11. АНАЛИЗ ПРИКОСНОВЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА К ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
  12. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основах

Сплавы на основе титана получили значительно большее применение, чем технический титан. Легирование титана Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si повышает его прочность (sB, s0,2), и одновременно снижает пластичность (d, y) и вязкость (KCU). Жаропрочность повышают Al, Zr, Mo, а коррозионную стойкость в растворах кислот — Mo, Zr, Nb, Ta и Pd . Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность sB/g. Как и в железных сплавах, легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана. Такие элементы, как Al, N,O, повышают температуру полиморфного превращения a«b и расширяют область a — фазы; их называются a -стабилизаторам. Такие элементы, как Mo, V, Mn, Fe, Cr понижают температуру полиморфного превращения a«b и расширяют область b — фазы; их называют b — стабилизаторами. (рис. 70).
Некоторые b — стабилизаторы (Cr, Mn, Fe и др.) образуют с титаном интерметаллические соединения ТiXMY. Такие b — стабилизаторы называют эвтектоидообразующие.
В соответствии со структурой различают:
a- сплавы, имеющую структуру (рис.71а) — твердый раствор легирующих элементов в a- титане; основной легирующий элемент в этих сплавах — алюминий, кроме того, они могут содержать нейтральные элементы (Sn, Zr) и небольшое количество b — стабилизаторов (Mo, Mn, Fe, Cr) ; a+b сплавы (рис. 71б), состоящие из a- и b- стабилизаторов (Mn, Fe, Cr).
Термическая обработка титановых сплавов. Титановые сплавы в зависимости от их состава и назначения можно подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке. Чаще титановые сплавы подвергаются отжигу.
Отжиг a — сплавов при 800-850 0 С и сплавов a+b — при 750-800 0 С. Применяется изотермический отжиг — нагрев до 870 — 980 0 С сплава и далее выдержка при 530 — 660 0 С. С повышение количества b- стабилизаторов температура отжига снижается. Температура отжига a+b не должна превышать температуры превращения a+b ® b ( температуры Ас3) так как в b- области происходит сильный рост зерна, что сильно снижает пластичность. Вязкость разрушения К возрастает при повышении температуры в области a+b при сохранении высокой пластичности.
Для обеспечения высокой конструктивной прочности следует применять
отжиг при температуре на 20-30 0 С ниже температуры a+b ® b превращения.
В последние годы все шире применяют вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к существенному повышению вязкости разрушения, уменьшению. Склонности к замедленному разрушению и коррозии растрескиванию.
Для снятия внутренних напряжений, возникающих при механической обработке a- и a+b применяют неполный отжиг при 550-650 0 С. С увеличение b- стабилизаторов временное сопротивление и предел текучести отожженных сплавов возрастает. При содержании 50% a- на 50% b — фаз они достигают наибольшего значения. Далее они могут быть упрочнены закалкой и с последующим старением (отпуском).
При охлаждении со скоростью выше критической (закалка) сплавов , нагретых до области b — фазы , протекает мартенситное превращение в интервале температур Мнк ( рис. 72). Мартенситная a¢ — фаза представляет собой перенасыщенный твердый раствор замещения легирующих элементов в a — титане с гексагональной решеткой.
При высокой концентрации легирующего элемента возникает мартенситная a² — фаза с ромбической решеткой и w — фаза с гексагональной структурой, появление которых уменьшает твердость и прочность закаленных сплавов и увеличивает их пластичность. Появление a²- фазы вызывает уменьшение твердости и прочности закаленных сплавов и увеличение их пластичности ( рис. 73а). Мартенситная a²- фаза при легировании титана эвтектоидообразующими b — стабилизаторами ( Cr, Mn, Fe, Si и др.) не образуется (рис. 73б).
При высоком содержании b — стабилизаторов после закалки структура состоит из b+w или b фазы. w — фаза охрупчивает сплав. Во избежании сильного роста зерна закалку проводят от температур, соответствующих области a+b, чаще от 850-950 0 С
При последующем старении закаленных сплавов происходит распад мартенситных a¢, a² — фаз, а так же метастабильной b — фазы, что немного повышает прочность. Наибольшее упрочнение после закалки и старения получают сплавы с высоким содержанием b- стабилизаторов. Упрочняющую термическую обработку для крупных деталей из титановых сплавов применяют редко. Это объясняется малой прокаливаемостью титановых сплавов, низким значением вязкости разрушения (К) и короблением деталей.
Титановые сплавы имеют низкое сопротивление износу и при использовании в узлах трения подвергаются ХТО (химико-термической обработке). Для повышения износостойкости титан азотируют при 850-950 0 С в течение 30 — 60 ч в атмосфере азота. толщина диффузионного слоя в сплавах титана после азотирования при 950 0 С в течении 30 ч. 0,05-0,15 мм 750-900HV
Промышленные сплавы титана. Сплавы титана применяют там, где главную роль играет небольшая плотность, высокая удельная прочность, теплостойкость и хорошая сопротивляемость коррозии.
Таблица 48

Читайте также:  Станок обрабатывающий центр с чпу

Химический состав (по легирующим элементам) и типичные
механические свойства некоторых титановых сплавов титана* в отожженном состоянии

СплавСодержание элементов (остальное титан), %Механические свойстваВид полуфабриката
AlVMoДругие элементыsB, МПаd,%, не менееKCU, МДж/м 2 не менее не менееs-1, МПа, не менее
a — сплавы
ВТ5750-9500,5Отливки, профили, поковки
ВТ5-12,5 Sn800- 10000,4Листы, профили, трубы
ОТ4*1,5Mn0,4Листы, полосы, ленты
a+b — фаза
ВТ64,5950-11708,00,4Поковки, листы. трубы
ВТ145,51,33,0900-10500,5Поковки, штамповые заготовки
ВТ86,53,50,3 Si1050-12500,3Тоже
* Псевдосплав a; в его структуре a — фаза + (1- 5) % b фазы

Титановые сплавы применяются в авиации, ракетной технике, в химическом машиностроении во многих других отраслях народного хозяйства.
Деформируемый сплав ВТ5 хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и сваривается; обладает высокой сопротивляемостью коррозии, не склонна к водородной хрупкости, Дополнительное легирование сплава оловом улучшает технологические и механические свойства сплава .
Сплавы типа ОТ4 хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях, свариваются всеми видами сварки, но склонны к водородной хрупкости.
Наилучшие сочетания достигаются в (a+b) сплавах. Сплав ВТ6 обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой (закалкой от 900-950 0 С и старением при 450-500 0 С) после закалки sB = 1000-1050 МПа, а после старения в течении 2-8 часов sB = 1200-1300 МПа. Отжиг проводится при 750- 800 0 С. Для сварных конструкций применяется сплав ВТ14С, содержащий меньше алюминия (5,5 %)
Сплав ВТ14 рекомендуется применять для изготовления тяжело нагруженных деталей, а так же деталей, длительное время работающих при 400 0 С или кратко временно при 500 0 С. Сплав упрочняется закалкой от 850-880 0 С в воде с последующим старением при 480-500 0 С 12-16 ч . Полный отжиг проводят при 750-800 0 С, а не полный — при 600-650 0 С.
Сплав ВТ8 применяют после изотермического отжига, в результате которого он приобретает высокое сопротивление ползучести и длительную прочность, поэтому он применяется как жаропрочный (до 450-500 0 С). Сплав хорошо сваривается и используется главным образом в виде поковок и штамповых заготовок. Для фасонного литья применяются сплавы ВТ5Л. ВТ6Л, ВТ14Л, которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами.

18. Титан и сплавы на его основе
Вопросы для самопроверки

1. Каковы характерные физические и механические свойства титана и где он применяется?

2. Какие легирующие элементы расширяют область a — фазы и какие – область b — фазы?

3. В чем отличие a — сплавов от (a+b) – сплавов? Какие сплавы более часто применяют?

4. Можно ли a — сплавов упрочнить термической обработкой? Какую термическую обработку проходят a — сплавов?

5. Какие примеси наиболее опасны для титана и почему?

6. Чем отличается мартенсит a¢ от мартенсита a² в титановых сплавах?

7. Можно ли использовать для упрочнения титановых сплавов w фазу?

8. Как влияют легирующие элементы точки на Мн и Мк в титановых сплавах?

Читайте также:  Самодельный сварочный полуавтомат из инвертора

9. Почему не рекомендуется нагревать для отжига и закалки сплавы до области b — фазы?

10. Какую упрочняющую термическую обработку проходят (a + b) – титановые сплавы?

11. Опишите характерные свойства титановых сплавов и область их применения.

19. Алюминий и сплавы на его основе

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 943 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.

Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно — давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широкое распространение получило вакуумное литье, в том числе вакуумно-дуговой переплав с расходуемым электродом.

Аллотропические модификации титана: низкотемпературная и высокотемпературная.

Различают две основные группы легирующих элементов в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5 °C): б-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования б-фазы и повышающие температуру превращения — А1, Оа, С) и в-стабилизаторы (элементы, суживающие б-область и снижающие температуру полиморфного превращения, — V, Мо, Сг).

Легирующие элементы делятся на две основные группы: элементы с большой (в пределе — неограниченной) и ограниченной растворимостью в титане. Элементы с ограниченной растворимостью вместе с титаном могут образовывать интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.

Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана (Ре, А1, Мп, Сг), повышают его прочность, но снижают эластичность и вязкость; А1, Zr увеличивают жаропрочность, а Мо, Zr, Та — коррозионную стойкость.

Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана — это твердые растворы легирующих элементов в б- и в-модификациях титана.

Виды термической обработки титановых сплавов.

Рекристаллизационный (простой) отжиг холоднодеформированных сплавов (650-850 °C).

Изотермический отжиг (нагрев до 780-980 °C с последующим охлаждением в печи до 530-680 °C, выдержка при этой температуре и охлаждение на воздухе), обеспечивающий высокую пластичность и термическую стабильность сплавов.

Двойной ступенчатый отжиг (отличается от изотермического тем, что переход от первой ступени ко второй осуществляется охлаждением сплава на воздухе с последующим повторным нагревом до температуры второй ступени), приводящий к упрочнению сплава и снижению пластичности за счет частичного протекания процессов закалки и старения.

Неполный отжиг при 500-680 °C с целью снятия возникающих при механической обработке остаточных напряжений.

Упрочняющая термическая обработка. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.

б-титановые сплавы термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией.

(б + в) — титановые сплавы характеризуются смешанной структурой и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения.

Псевдо-в-титановые сплавы характеризуются высоким содержанием в-стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью в состаренном; они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.

Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми литейные сплавы имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость, но более дешевы. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами. Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ14Л и ВТЗ-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).

Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Фасонные отливки из сплава ВТ5Л работают при температурах до 400 °C. Недостатком сплава является его невысокая прочность (800 МПа). двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 °C вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок.

Порошковые сплавы титана. Применение методов порошковой металлургии для производства титановых сплавов позволяет при тех же эксплуатационных свойствах, что и у литого или деформируемого материала, добиться снижения до 50 % стоимости и времени изготовления изделий. Титановый порошковый сплав ВТ6, полученный горячим изостатическим прессованием (ГИП), обладает теми же механическими свойствами, что и деформируемый сплав после отжига. Закаленному и состаренному деформируемому сплаву ВТ6 порошковый сплав уступает в прочности, но превосходит в пластичности.

Читайте также:  Закалка пружин в домашних условиях

Применение сплавов титана: обшивки самолетов, морских судов, подводных лодок; корпусов ракет и двигателей; дисков и лопаток стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребных винтов; баллонов для сжиженных газов; емкостей для агрессивных химических сред и др.

Титан элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, порядковый номер – 22. Титан – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления – 1670 °С. Этот металл имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная модификация – Τiα, решетка ГПУ, существует до 882 °С. Высокотемпературная модификация – Tiβ, решетка ОЦК. Плотность α-титана составляет 4,5 г/см3, а плотность β-титана – 4,3 г/см3 при 900 °С.

Промышленные марки технического титана – ВТ1-00 (99,53% Ti) и ВТ1-0 (99,48% Ti). Особенности титана – малая плотность, высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость. Однако титан имеет низкий модуль упругости (почти в 2 раза меньший, чем у железа), что не позволяет изготавливать из него жесткие конструкции. К недостаткам титана относятся также низкие антифрикционные свойства и плохая обрабатываемость резанием (см. 11.5.3).

Технический титан широко применяется в химической промышленности для изделий, работающих в агрессивных средах.

Сплавы на основе титана

Основными преимуществами титановых сплавов являются: небольшая плотность (

4,5 г/см3), высокая стойкость против коррозии и высокие прочностные свойства; они не склонны к хладноломкости и сохраняют механические свойства даже при очень низких температурах. Для некоторых сплавов титана характерны, кроме того, хорошие жаропрочные свойства (но они ниже, чем у жаропрочных сталей).

Титановые сплавы превосходят медные сплавы по стойкости против коррозии в морской воде, а также в других агрессивных средах. Недостатки титановых сплавов те же, что у чистого титана, – плохая обрабатываемость резанием, высокий коэффициент трения, сравнительно невысокий модуль упругости.

Легирующие компоненты по их влиянию на структуру сплавов подразделяют на α-стабилизаторы (Al, Sn) и β-стабилизаторы (Mo, V, Mn, Сг и др.). Первые расширяют область существования α-фазы, повышая температуру полиморфного α → β превращения, действие вторых противоположно.

Различия структурных классов титановых сплавов в зависимости от легирующих компонентов и их количества представлены в табл. 8.2.

Сплавы с a-структурой (основной легирующий компонент – алюминий) обладают относительно невысокой прочностью при 20 °С, но более высокой при низких и повышенных температурах (400. 500 °С). Эти сплавы не упрочняются термической обработкой. Пластичность таких сплавов пониженная, обработка давлением выполняется только в горячем состоянии. Сплавы поставляются в прокате различных профилей, труб, проволоки. Предназначены для работы в широком диапазоне температур – от криогенных до 450 °С (ВТ5) и 500 °С (ВТ5-1).

Псевдо-α-сплавы – их структура состоит в основном из α-фазы и небольшого количества (1. 4%) β-фазы вследствие легирования β-стабилизаторами (Μη, V, Мо и др.). Наличие β-фазы повышает технологическую пластичность. Сплавы с невысоким содержанием алюминия ОТ4, ОТ4-1 обрабатываются давлением в холодном состоянии. При большем содержании алюминия необходима горячая деформация. Сплавы этой группы, легированные Zr, Si, Mo, Nb, V (BT20) (см. табл. 8.2), обладают самой высокой жаропрочностью среди титановых сплавов.

Двухфазные (α + β)-сплавы кроме алюминия содержат β-стабилизаторы (хром, молибден, железо и др.), понижающие температуру полиморфного превращения. Эти сплавы упрочняются термической обработкой (закалка + старение), имеют высокие механические свойства (см. табл. 8.2).

β-Сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих компонентов в β-титане, содержат компоненты, понижающие температуру полиморфного превращения титана. Это вольфрам, хром, железо, молибден и др. Сплавы не нашли применения в промышленности из-за высокой стоимости и низких механических свойств.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые. В литейных в конце обозначения стоит буква A.

Литейные титановые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, имеют высокую плотность отливок. Плавку

Состав и свойства титановых сплавов