Титан і його сплави ( гост 9852-72, гост 10994-64)

Титан - сріблисто-білий легкий метал з питомою щільністю 4,5 Мг/м³ і темnературою плавлення 1668°С. При температурі 882°С титан перетерплює поліморфне перетворення Tі_a (ГПУ) -Ті_β (ОЦК). Чистий титан має ϭ_b =270 МПа, δ =55%. Е=112000 МПа. Зі зменшенням чистоти титану (марки ВТ1-00, BT1-0, BT1-1) міцнісні властивості підвищуються (ϭ_b = 300-550МПа); пластичність падає (δ = 15-25%).

Титан є хімічно активним металом, але на повітрі швидко покривається захисною плівкою щільних окислів, завдяки чому має високу стійкість в атмосфері, у воді, в органічних і неорганічних кислотах.

Чистий титан знаходить застосування в авіації й ракетобудуванні, а також у хімічній промисловості. Металургійною промисловістю виготовляється у вигляді аркушів, труб, прутків, дроту й інших напівфабрикатів. Підвищення міцнісних характеристик титану може бути досягнуте за рахунок легування його Al ,Мо, V, Mn, Сг, Sn, Zr, Nb. Зміцнення титану при легуванні супроводжується зниженням його пластичності.

Легуючі елементи дуже впливають на темnературу поліморфного перетворення. Такі елементи, як Al, O, N підвищують темnературу поліморфного перетворення й розширюють область a, їх називають a-стабілізаторами. Практичне значення для легування титану має тільки алюміній, тому що кисень і азот роблять сплави крихкими. Такі елементи, як Мо, V, Mn, Cr, Fe знижують темnературу поліморфного перетворення й розширюють область існування в- фази; їх називають β -стабілізаторами. При легуванні титану MN , Fe, Сг, Sі в сплавах протікає эвтектоидное перетворення. Утворення евтектоїда робить сплави крихкими.

У відповідності зі структурою розрізняють: 1) а- сплави зі структурою твердого розчину легуючих елементів в а- титані; основний легуючий елемент в а- сплавах - алюміній (ВТ-5, ВТ 5-1, ВІД-4); 2) а+β-сплави, що полягають із а й β - твердих розчинів; містять крім алюмінію 2-4% β - стабілізаторів, таких як Сr, Мо, Fe і інших (ВТ6, ВТ8, BTІ4); 3) β - сплави, що мають структуру твердого розчину легуючих елементів в β - титані; ці сплави містять велика кількість β - стабілізаторів (BT15, ВТ22, BT3-1). Сучасні промислові а- сплави порівняно малопластичні, але стають крихкими при термічній обробці β - сплави найбільш пластичні, але найменш міцні: при нагріванні не випробовують фазових перетворень. Сплави а+ β більш міцні, чому однофазні, добре куються й штамnуються, піддаються термічній обробці. До цього класу належать більшість промислових сплавів.

Наявність у сплавів титану високо темnературної модифікації β - твердого розчину, здатної до значного переохолодження, обумовлює одержання різноманітних структур залежно від РЕЖИМІВ термічної обробки. Поліморфне β - а перетворення може мати два різні механізми. При високих температурах, тобто при невеликому переохолодженні щодо рівноважної температури β - а переходу, перетворення відбуваються звичайним дифузійним шляхом, а при значному переохолодженні, і, отже, при низькій температурі, коли рухливість атомів мала, - по бездифузійному мартенситному механізму. У першому випадку утворюється поліедрична структура а- твердого розчину, у другому - голчаста (пластинчаста) мартенситна структура, позначувана як а/. Легуючі елементи, що знижують темnературу ва перетворення, сприяють одержанню мартенситу. При низькому легуванні для цього потрібне інтенсивне охолодження. При дуже високому змісті в- стабілізаторів температура ва перетворення знижується до нуля й в- твердий розчин прохолоджується до кімнатної температури без перетворення. Утворення мартенситу в титанових сплавах у порівнянні із загартуванням вуглецевої стали супроводжується порівняно невисоким ростом міцнісних властивостей.

Титан і а- сплави титану піддають тільки рекристалізаційному відпалу, а+ β -сплави можуть бути зміцнені загартуванням з наступним старінням. Мікроструктура титанового сплаву ВТ5, ставиться до а- сплавам. Структура цього сплаву після відпалу однофазна, що полягає із зерен а- твердого розчину. Сплав ВТ5 легований алюмінієм у кількості 5%. У відпаленому стані він має наступні механічні властивості: ϭ_b = 750-900 MПа; δ = 10-14%, KCU = 3-6 МДЖ/м². Із цього сплаву виготовляють наступні напівфабрикати: кування; штамnування; прутки; профілі. Найважливішими областями використання титанових сплавів є наступні:

1) авіація й ракетобудування, де з титанових сплавів виготовляються корпуси

двигунів, балони для газів, сопла, диски, лопатки ковшресорів, деталі кріплення, фюзеляжу і т.д.;

2) хімічна промисловість (комnресори, клапана, вентилі для агресивних рідин);

3) устаткування для обробки ядерного палива;

4) морське й річкове суднобудування (гребні гвинти, обшивка морських суден, підводних човнів, торпед);

5) криогенна техніка (при негативних температурах до -250°С).

Розширення області застосування титану і його сплавів стримує висока вартість. У земній корі втримується багато (~ 0,6%) титану, тобто серед конструкційних металів по поширеності він посідає четверте місце після алюмінію, заліза й магнію. Основний стримуючий фактор по широкому практичному використанню титану - складність процесу виробництва титану з руд, що безперечно буде усунуто в майбутньому.