Титан и сплавы на его основе
Свойства титана. Титан-металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации. Полиморфное превращение (882 °С) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием полиэдрической структуры, а при быстром охлаждении - по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры.
Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим ее восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием. Полученную при этом титановую губку маркируют по твердости специально, выплавленных из нее образцов (ТГ-100, ТГ-110 и т. д.). Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.
Для уменьшения количества примесей и более равномерного их распределения по сечению слитка рекомендуется его двух-трехразовая переплавка. Характерную для титановых слитков крупнозернистую структуру измельчают путем модифицирования цирконием или бором. Полученный в результате переплава технический титан маркируют в зависимости от содержания примесей ВТ1-00 (? примесей ? 0,398%), ВТ1-0 (? примесей ?0,55%).
Механические свойства иодидного и технического титана
| Титан | Сумма
примесей, % |
?в
|
?0,2 | ? | ? | HB |
| МПа | % | |||||
| ВТ1-0 Иодидный | 0,3
0,093 |
450-600 250-300 | 380-500 100-150 | 20-25 50-60 | 50
70-80 |
2070 1300 |
Отличительными особенностями титана являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность и коррозионная стойкость. Низкий модуль упругости титана, почти в 2 раза меньший, чем у железа и никеля, затрудняет изготовление жестких конструкций. Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности.
Высокая пластичность иодидного титана по сравнению с другими металлами, имеющими гексагональную кристаллическую решетку (Zn, Cd, Mg), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования.
Механические свойства титана сильно за висят от наличия примесей, особенно водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое количество кислорода, азота и углерода повышает твердость, временное сопротивление и предел текучести, однако при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшаются свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми, а иногда тысячными долями процента. Аналогичным образом, но в меньшей степени, оказывают влияние на свойства титана железо и кремний. Очень вредная примесь в титане - водород. Присутствуя в весьма незначительном количестве, водород выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что значительно охрупчивает титан. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане находится в пределах 0,008-0,012%.
Технический титан хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% прочности основного металла.
Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. Для обработки титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. К недостатку титана относятся также низкие антифрикционные свойства.
Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов. Легирующие элементы по характеру влияния на полиморфные превращения титана подразделяют на три группы: ?-стабилизаторы, ?-стабилизаторы и нейтральные элементы.
Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как кислород и азот сильно охрупчивают титановые сплавы.
Алюминий - широко распространенный, доступный и дешевый металл. Введение его в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости, прочность при 20-25°С и высоких температурах.
Добавка к сплавам титана с алюминием таких ?-стабилизаторов, как V, Mo, Mb, Mn, уменьшает склонность к образованию упорядоченной структуры (сверхструктуры). Снижая температуру полиморфного превращения титана, ?-стабилизаторы расширяют область твердых растворов на основе Ti?.
