- •О. В. Климов, ю. І. Кононенко, в. Л. Грешта сталі та сплави з особливими властивостями
- •1 Визначення структурних класів заданих марок легованих сталей з використанням діаграм рівноваги та перетворення переохолодженого аустеніту
- •1.1 Вплив легувальних елементів на структуру сталі
- •1.2 Класифікація легованих сталей
- •2 Зносостійкі матеріали
- •2.1 Види зносу та шляхи підвищення зносостійкості
- •2.2 Матеріали з високою твердістю поверхні
- •2.2.1 Матеріали, стійкі до абразивного зносу
- •2.2.2 Матеріали з високим опором зносу від втоми
- •2.2.3 Графітизовані сталі
- •2.2.4 Матеріали стійкі до зносу в умовах високого тиску та ударних навантажень
- •2.3 Антифрикційні матеріали
- •2.4 Фрикційні матеріали
- •3 Корозійностійкі матеріали
- •3.1 Види та механізми корозії
- •3.2 Корозійностійкі матеріали
- •3.2.1 Атмосферокорозійностійкі низьколеговані сталі (акс)
- •3.2.2 Корозійностійкі сталі (кс)
- •3.2.2.1 Особливості хімічного складу та структури неіржавіючих сталей
- •3.2.2.2 Крихкість корозійностійких сталей
- •3.2.2.3 Корозійностійкі сталі, що підлягають термічному зміцненню
- •3.2.2.4 Корозійностійкі сталі, які не зміцнюються термічною обробкою
- •3.2.3 Сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •3.2.4 Титан та його сплави
- •3.2.5 Алюміній та його сплави
- •3.2.6 Мідь та її сплави
- •3.2.7 Тугоплавкі метали
- •3.2.8 Благородні метали
- •3.2.9 Неметалеві матеріали
- •4 Матеріали стійкі до впливу температури та зовнішнього робочого середовища
- •4.1 Жаростійкі матеріали
- •4.1.1 Принципи легування жаростійких сталей
- •4.1.2 Феритні хромисті та хромоалюмінієві сталі
- •4.1.3 Мартенситні та мартенсито-феритні хромокремнієві сталі
- •4.1.4 Аустенітні сталі та сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.1.5 Інші матеріали
- •4.2 Жароміцні матеріали
- •4.2.1 Особливості хімічного складу та структури жароміцних матеріалів
- •4.2.2 Класифікація жароміцних матеріалів
- •4.2.3 Помірно жароміцні сталі перлітного та мартенситного класів
- •4.2.3.1 Перлітні сталі
- •4.2.3.2 Хромисті сталі мартенситного та мартенсито-феритного класу
- •4.2.4 Жароміцні сталі аустенітного класу
- •4.2.4.1 Гомогенні сталі
- •4.2.4.2 Сталі з карбідним зміцненням
- •4.2.4.3 Сталі з інтерметалідним зміцненням
- •4.2.5 Жароміцні сплави на залізонікелевій та нікелевій основі
- •4.2.5.1 Залізонікелеві сплави
- •4.2.5.2 Сплави на нікелевій основі
- •4.2.6 Жароміцні сплави на основі кобальту
- •4.2.7 Інші матеріали
- •4.2.7.1 Помірно жароміцні матеріали
- •4.2.7.2 Жароміцні сплави на основі важкотопких елементів
- •4.2.7.3 Композиційні жароміцні матеріали
- •4.3 Холодостійкі матеріали
- •4.3.1 Критерії холодостійких матеріалів
- •4.3.2 Холодостійкі сталі
- •4.3.2.1 Холодостійкі сталі кліматичного холоду
- •4.3.2.2 Сталі для кріогенної техніки
- •4.3.2.2.1 Аустенітні сталі
- •4.3.2.2.2 Нікелеві низьковуглецеві сталі
- •4.3.2.3 Ливарні сталі
- •4.3.3 Залізонікелеві сплави
- •4.3.4 Сплави кольорових металів для кріогенної техніки
- •4.3.4.1 Алюміній та його сплави
- •4.3.4.2 Титан та його сплави
- •4.3.4.3 Мідь та її сплави
- •4.3.5 Холодостійкі неметалеві матеріали
- •5 Матеріали з особливими фізичними властивостями
- •5.1 Провідникові матеріали
- •5.1.1 Електричні властивості провідникових матеріалів
- •5.1.2 Провідникові матеріали
- •5.1.2.1 Метали та сплави з високою провідністю
- •5.1.2.2 Припої
- •5.1.2.3 Надпровідники
- •5.1.2.4 Контактні матеріали
- •5.1.2.5 Сплави з підвищеним електричним опором
- •5.1.2.6 Матеріали для термопар
- •5.2 Матеріали з особливими магнітними властивостями
- •5.2.1 Особливості процесів намагнічування матеріалів у зовнішньому магнітному полі
- •5.2.2 Магнітом’які матеріали
- •5.2.2.1 Низькочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.2.2 Високочастотні магнітом’які матеріали
- •5.2.3 Магнітотверді матеріали
- •5.3 Сплави з особливими тепловими властивостями
- •5.3.1 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом лінійного розширення
- •5.3.2 Сплави з заданим температурним коефіцієнтом модуля пружності
- •5.4 Матеріали з ефектом пам’яті форми
- •5.4.1 Механізм ефекту пам’яті форми
- •5.4.2 Сплави з ефектом пам’яті форми
- •5.4.3 Застосування сплавів з ефектом пам’яті форми
- •5.5 Радіаційностійкі матеріали
- •5.5.1 Радіаційні дефекти та властивості матеріалів
- •5.5.2 Основні компоненти сучасного ядерного реактору
- •5.5.3 Радіаційностійкі матеріали
- •Література
- •6.050403 «Інженерне матеріалознавство»
4.3.4.2 Титан та його сплави
Титанові сплави належать до найбільш перспективних матеріалів для техніки низьких температур. Титанові сплави певних марок володіють задовільною пластичністю та в’язкістю майже до 4 К [6].
Титан є немагнітним, а отже, може застосовуватися в кріоенергетиці для виготовлення електричних машин, в яких використовуються надпровідні матеріали. Перевагою титану є мала густина (4500 кг/м3), завдяки чому його сплави мають більш високу питому міцність, ніж у багатьох сталей [7].
Завдяки низькій густині в поєднанні з високою міцністю, достатньою пластичністю та ударною в’язкістю використання титанових сплавів при низьких температурах дозволяє зменшити масу конструкцій в порівнянні з корозійностійкими Cr-Ni-cталями на 20…25 % та алюмінієвими сплавами – на 40…45 %. Тому титанові сплави все частіше використовують для виготовлення деталей та вузлів, що працюють при низьких температурах в літальних апаратах. Хімічна активність титану вимагає певної обережності при використанні титанових сплавів в конструкціях, де робочим середовищем є газоподібний або рідинний кисень. Для технічного титану горіння дроту діаметром 0,5мм відбувається вже при тиску 0,1 МПа, із збільшенням тиску кисню швидкість горіння зростає [6].
Поширено використовують технічно чистий титан ВТ1-0 та його однофазні сплави ВТ5-1, ОТ4-1.
Сплави із структурою -фази типу ВТ5-1 (4…6 % Аl, 2…3 % Sn) та ОТ4-1 (1,5…2,5 % Аl; 0,7…2,0 % Mn) добре зварюються, зберігають високу пластичність при низьких температурах й тому є найбільш перспективними конструкційними матеріалами для використання в холодильній та кріогенній техніці. Більш міцними, але менш пластичними є сплави ВТ3-1 (5,5-7,0 % Аl, 0,8-2,0 % Cr, 2,0-3,0 % Mo, 0,2-0,7 % Fe) та ВТ6 (5,5…7,0 % Аl, 4,2…6,0 % V) із двофазною (+β)-структурою. Ці сплави використовують при температурах до −196 °С; але вони зварюються гірше за однофазні й більш рідко використовуються при кріогенних температурах.
Механічні властивості технічного титану ВТ1-0 та його сплавів при низьких температурах для відпалених прутків перерізом 12…20 мм наведено в табл. 4.27. Як можна побачити із цієї таблиці, в’язкість руйнування титану та його сплавів із зниженням температури зменшується [5, 6].
Таблиця 4.27 – Механічні властивості технічного титану ВТ1-0 та титанових сплавів [6]
Марка матеріалу |
Твипр, К |
В, МПа |
0,2, МПа |
δ, % |
ψ, % |
КСU, Дж/см2 |
Структура |
ВТ1-0 |
293 77 20 |
470 920 1310 |
400 700 920 |
30 48 24 |
65 60 17 |
200 220 130 |
-фаза |
ВТ3-1 |
293 77 20 |
1080 1670 1880 |
1010 1540 1640 |
13 6 4 |
38 21 20 |
70 30 60 |
(+β)-сплав |
ВТ5-1 |
293 77 20 |
820 1320 1580 |
800 1310 1400 |
21 16 15 |
55 27 9 |
100 40 40 |
-сплав |
ОТ4-1 |
293 77 20 |
650 1150 1350 |
630 1090 − |
21 25 14 |
54 49 − |
105 23 30 |
Псевдо α-сплав |