Лекция 21.
Цветные металлы и сплавы на их основе. Титан и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Магний и его сплавы. Медь и ее сплавы |
Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Это сплавы на основе титана, алюминия, магния, меди.
Переход промышленности на сплавы из легких металлов значительно расширяет сырьевую базу. Титан, алюминий, магний можно получать из бедных и сложных по составу руд, отходов производства.
Титан и его сплавы.
Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см3. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680 °С. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.
При температуре 882 °С титан претерпевает полиморфное превращение, α – титан с гексагональной решеткой переходит в β – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.
В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Легирующие элементы, входящие в состав промышленных титановых сплавов, образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру аллотропического превращения. Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана показано на рисунке 21.1.
Рисунок 21.1 Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана
Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:
сочетание высокой прочности (σE = 800…1000 МПа) с хорошей пластичностью (δ = 12…25%);
малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;
хорошая жаропрочность, до 600…700oС;
высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.
Однородные титановые сплавы, не подверженные старению, используют в криогенных установках до гелиевых температур.
Элементы, повышающие температуру превращения, способствуют стабилизации α— твердого раствора и называются α–стабилизаторами, это – алюминий, кислород, азот, углерод.
Элементы, понижающие температуру превращения, способствуют стабилизации β– твердого раствора и называются β– стабилизаторами, это – молибден, ванадий, хром, железо.
Кроме α– и β–стабилизаторов различают нейтральные упрочнители: олово, цирконий, гафний.
В соответствии с влиянием легирующих элементов титановые сплавы при нормальной температуре могут иметь структуру α или α + β.
Сплавы на основе титана можно подвергать всем видам термической обработки, химико-термической и термомеханической обработке. Упрочнение титановых сплавов достигается легированием, наклепом, термической обработкой.
Основным недостатком титановых сплавов является плохая обрабатываемость режущим инструментом.
По способу производства деталей различаются деформируемые (ВТ 9, ВТ 18) и литейные (ВТ 21Л, ВТ 31Л) сплавы.
Области применения титановых сплавов:
авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа);
химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили для агрессивных жидкостей);
оборудование для обработки ядерного топлива;
морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок);
криогенная техника (высокая ударная вязкость сохраняется до –253oС).