Конструкційні сплави на основі титану
КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ І СПЛАВИ
Контрольні запитання до розділу 1
1. Які загальні вимоги, що пред'являються до конструкційних матеріалів? Що таке конструкційна міцність?
2. Як поділяються вуглецеві конструкційні стали за якістю і областям застосування? Які види термообробок при-міняють до якісних вуглецевих сталей?
3. Які властивості найбільш важливі для виготовлення та експлуа-тації виробів з низьколегованих конструкційних сталей? Пе-речісліте основні області їх застосування в машинобудуванні.
4. Які стали вважаються високоміцними? Які способи до-сягнення високої міцності в сталях використовуються в сучасному металознавстві?
5. Перерахуйте основні види корозії, що спостерігається в сталях і сплавах. Вкажіть групи корозійностійких сталей, які використовуються в промисловості.
6. Які стали і сплави називаються жароміцними, вкажіть вимоги, що пред'являються до них по механічних і корозійних властивостей. Які способи зміцнення застосовують для підвищення жа-ропрочності сталей і сплавів?
7. Як класифікують інструментальні стали і сплави, і ка-кі вимоги до них пред'являють?
8. Які основні класи сталей і сплавів використовують в елект-ротехніческой промисловості?
9. Перерахуйте основні властивості сплавів з ефектом «пам'яті форми».
В останні роки в якості конструкційних ма-лов почали застосовувати і титанові сплави. Причому темпи зростання обсягу їх виробництва найбільш високі з усіх відомих конструкційних матеріалів. Це пояснюється рідкісним поєднанням високої питомої ін-ності, корозійної стійкості і значною міцно-сті при підвищених температурах.
Титан - перехідний метал. Його температура плавл-ня 1668 ° С, щільність при 20 ° С становить 4,5 г / см 3. модуль пружності Е = 11,2. 10 5 МПа. При 882 ° С низько-температурна гексагональная модифікація (a - фаза) переходить в високотемпературну b - модифікацію з ОЦК гратами. Дуже чистий титан, отриманий іодідним способом, має високу пластичність, але внаслідок його хімічної активності він легко взаємо-діє з киснем,
азотом і вуглецем. І, хоча міцність його сильно зростає, пластичність сущест-венно знижується (табл. 14).
Незважаючи на високу температуру плавлення, чистий титан має підвищену схильність до повзучості. Вона проявляється вже при кімнатній температурі, при напружених складових тільки 60% від межі текучості. Техниче-ський титан не схильний до хладноломкости. У техні-чеського титану незвично змінюється пластичність: з підвищенням температу-ри від кімнатної до 200 ° С вона збільшується в 1,5 ... 2 рази, а при далекій-шем підвищенні темпера-тури - знижується, досягнень-гаю мінімуму при 400 ... 500 ° С, а потім знову рез-ко зростає. При тим-пературі поліморфного перетворення титан володіє надпластичні.
Механічні властивості різних марок титану
Інтенсивність взаємодії титану з киснем і воднем зростає з температурою, тому в умовах експлуатації при підвищених температурах його слід захищати від насичення зазначеними еле-ментами. Разом з тим цю здатність титану викорис-товують для поглинання газів в електроніці. Титан сильно адсорбує водень, але до 500 ° С наводороживание відбувається лише в атмосфері, багатою воднем, а в повітряному середовищі проникнення водню через захисну оксидну плівку невелика. Незважаючи на свою високу хімічну активність, титан в багатьох агресивних середовищах має високу корозійну стійкість, що пояснюється утворенням захисної оксидної плівки на його поверхні. У середовищах, що не руйнують оксид-ву плівку, а особливо сприяють її освітньої-ня, титан стійкий (в розведеної сірчаної кислоти, оцтової, молочної, у вологому хлорного атмосфері, царській горілці, розведеною і концентрованої азот-кислоті і ін.). Перевага титану перед други-ми матеріалами полягає ще і в тому, що точкова і межзеренного корозія спостерігаються в ньому рідко.
2.1.2. Сплави на основі титану
Титан взаємодіє з великим числом елементів пе-періодичних системи. І. І. Корнілов поділяє всі сплави титану на чотири групи (рис. 23). До першої групи відносяться сплави, з-що зберігаються однофазних у всій області зміни кон-центраций, як з a -, так і з b - модифікаціями титану (сплави з цирконієм і гаф-ням). До другої групи належать сплави з елементами, необмежено рас-яка творить лише в a - титані, але мають огра-ніченний розчинність в b - титані (V, Nb, Та, Мо, W).
Третю групу сплавів об-роззують елементи, з котори-ми титан зазнає евтектоїдний розпад b - фази (Si, Мn, Fе, Сu, Ni та ін.). Четверту групу формиру-ють елементи, які, розчиняючись в титані, утворюють a - фазу по перітектоідной реакції (С, Al, O, N).
За впливом елементів на стійкість a - і b - фаз їх поділяють на елементи-стабілізатори a - фази, наприклад, алюміній і елементи b - стабілізатори, подрузі-ділячи на b - евтектоїдні стабілізатори (Сr, Мn, Fе, Сu, Ni, Рb , Ве, З) і просто b - ста-білізатори, що зберігають b - твердий розчин до кімнат-ної температури (V, Мо, Nb, та, W).
До легирующим елементам, мало впливає на устої-тична і a -, і b - фаз, відносять Sn, Zr і Ge. Відповідаю-щие діаграми стану цих систем представлені на рис. 23.
Відзначимо, що в системах з Евтектоїдних перетворений-ням b - фаза розпадається на a - і g - фази, причому, як правило, g - фаза є інтерметалідах.
Титан і його сплави застосовують зазвичай після термічної об-ництва (відпалу, загартування, старіння). Відпал застосовують для технічного титану і a - титанових сплавів для сня-ку нагартовки (наклепу) після деформації.
Мал. 23. Класифікаційна схема діаграм стану сплавів титану
Його прово-дять вище температури рекристалізації (для сильно деформованого чистого іодідним титану при 400 ° С). Домішки зазвичай підвищують температуру рекрісталліза-ції, тому технічний титан і сплави отжигают при температурах близько 550 ° С, але температура повинна знаходитися в інтервалі між AC3 і A3. щоб уникнути надмірного зростання зерна в b - області. При відпалі спла-вів зі структурою a + b відпал рекристалізації со-подружжя з фазової перекристалізацією, тому темпі-ратуру потрібно вибирати не дуже високу, щоб мен-ше був обсяг b - фази, що зазнає розпад. Для зняття напружень, що утворилися в результаті ме-механічній обробки виробів, іноді застосовують неповний відпал (нижче температури рекрісталліза-ції).
Міцність титанових сплавів збільшується і в ре-док підвищення температури гарту, але при цьому знижується пластичність. Оптимальне поєднання ін-ності і пластичності спостерігається при температурах гарту близьких до АС2. Для двофазних титанових сплавів доцільна ТМО. В результаті ТМО їх міцність підвищується на 15 ... 20%, причому при одночасному збіль-личен поперечного звуження. Для однофазних титано-вих сплавів також застосовують ТМО. В цьому випадку ін-ність практично не підвищується, але виходить більш однорідна структура по перерізу і довжині виробів і промінь-Шая відтворюваність властивостей.
Для зміцнення титанових сплавів проводять також і азотування, значно підвищує міцність по-поверхневих шарів. Для усунення крихкості азотіро-ванного шару і поліпшення його зчеплення з основним ма-ріалів, застосовують отжиг при 800 ... 900 ° С в інертній атмосфері або вакуумі.
Помітного підвищення зносостійкості і корозійно-ної стійкості досягають і оксидуванням, т. Е. Нагре-вом до 725 ... 850 ° С на повітрі протягом 5 ... 1 ч, з після-дме вакуумним отжигом при 750 ... 850 ° С.