8.1.3. Титан и его сплавы
Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широко распространено вакуумное литье.
Титан имеет две модификации: низкотемпературную (до 882 С) – β титан с ГПУ решеткой, высокотемпературную -β-титан с ОЦК решеткой.
Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана следующим образом:
Fe, Аl,Mn,Cr,Sn,V,Si– повышают его проность, но снижают пластичность и вязкость;
Al,Zr,Mo– увеличивают жаропрочность;
Mo,Zr,Nb,Ta,Pb– увеличивают коррозионную стойкость.
Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана – это твердые растворы легирующих элементов вαи β модификациях титана. Сплавы титана в зависимости от их стабильной структуры (после отжига) при комнатной температуре подразделяют на три основные группы:α– сплавы; (α+β)-сплавы и β-сплавы.
Титановые сплавы классифицируют также по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим , в том числе механическим, свойствам ( высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозионностойкие).
Деформируемые титановые сплавы. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала.
α – титановые сплавы термической обработкой не упрочняются. Широкое применение нашел сплав ВТ5-1, обладающий хорошей свариваемостью, жаропрочностью, кислотостойкостью, пластичностью при криогенных температурах. Обрабатывается давлением в горячем состоянии, термически стабилен до 450 С. Добавки олова в сплав улучшают его технологичесмкие и механические свойства.
Из сплава ВТ5-1 изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку, профили.
(α+β)- титановые сплавыупрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они хуже свариваются.
Типичным представителем этой группы является сплав ВТ6, характеризующийся оптимальным сочетанием технологических и механических свойств. Уменьшение содержания алюминия и ванадия в сплаве (модификация ВТ6С) позволяет его использовать в сварных конструкциях.
Сплав ВТ14 системы Ti-Al-Mo-Vобладает высокой технологичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном; он удовлетворительно сваривается всеми видами сварки. Этот сплав способен длительно работать при 400 С, кратковременно до 500 С.
Сплав ВТ8 относится к жаропрочным сплава. Он предназначен для длительной работы при 450…500 С под нагрузкой. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии но плохо сваривается. Из него изготавливают поковки, штамповки, прутки.
Псевдо — β — титановые сплавыхарактеризуются высоким содержанием β — стабилизаторов и вследствие этого – отсутствием мартенситного превращения.
Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.
Широкое распространение получил сплав ВТ15 обладающий высой пластичностью и невысокой прочностью в закаленном состоянии. Однако после старения при 450 С его прочность достигает 1500 МПа. Сплав ВТ15 предназначен для работы при температурах до 350 С. Из него изготавливают прутки, поковки, полосы, листы.
Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами.
Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Работает до 400 C. Недостатком – невысокая прочность (800 МПа).
Двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок. ВТ14Л по литейным свойствам уступает ВТ5Л, но превосходит его по прочности (950 МПа).
Применение сплавов титана. Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок; корпуса ракет и двигателей; диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребные винты; баллоны для сжиженных газов; емкости для агрессивных химических сред.
studfile.net
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
%PDF-1.6 % 937 0 obj >]/Pages 898 0 R/QITE_DocInfo 934 0 R/Type/Catalog>> endobj 654 0 obj >stream 2015-01-14T13:32:09+06:00Microsoft® Word 20102015-01-15T10:17:22+06:002015-01-15T10:17:22+06:00application/pdf
ck20TFfv%P=»5zE~74Yj-`(e@?
Марки титановых сплавов, виды, особенности, характеристики
Титановые сплавы отличаются от других материалов высокой удельной прочностью и жаропрочностью, сочетающейся с устойчивостью к разрушительному воздействию коррозии. Они также хорошо свариваются, парамагнитны и отличаются особыми свойствами, нашедшими свое применение в различных отраслях производства. Титановым сплавам нашлось применение там, где от материалов требуется устойчивость к высоким температурам, жаропрочность и неподверженность коррозии – в авиастроении, судостроении, ракетостроении, транспортном машиностроении и так далее.
Группы титановых сплавов
Эти сплавы делятся на три группы, включающие с себя:
конструкционные и высокопрочные сплавы – они имеют форму твердых растворов, благодаря чему достигается наиболее оптимальное сочетание прочности и пластичности;
жаропрочные сплавы – также имеют форму твердых растворов, в которых количество химического соединения может быть больше или меньше, что вызывает увеличение устойчивости к жару при небольшом снижении пластичности;
титановые сплавы на основе химического соединения – используются там, где необходима наибольшая устойчивость к жару, отличается низкой плотностью.
Каждые из этих групп включают в себя материалы с различными характеристиками, используемые в разных производственных процессах.
Марки титановых сплавов
Титановые сплавы делятся на различные марки, отличающиеся своими эксплуатационными характеристиками:
ВТ 1-00 и ВТ 1-0 – технический титан, который отличается большой пластичностью и может использоваться даже для получения фольги, прочность может увеличиваться нагартовкой;
ВТ5 (ВТ5Л) – легирован только алюминием, что увеличивает прочность и жаростойкость сплава, но при этом уменьшается пластичность;
ПТ-7М – этот титановый сплав отличается склонностью к деформации даже при комнатной температуре, используется в тонкостенных трубопроводах для агрессивных сред;
ОТ 4-0 – отличается малой прочностью и высокой технологичностью, легко сваривается при использовании любых видов сварки, но не упрочняется термически;
Сплав ВТ-6 – благодаря своим свойствам отлично подходит для использования в качестве материала при создании прутков, болтов, винтов и других креплений.
Титановые сплавы позволяют добиться высокой прочности, устойчивости к температуре и коррозии от изделия. Наша компания занимается реализацией продукции, изготовленной из этого материала, и у нас вы сможете заказать любой интересующий вас объем товара.
Химический состав титана
Марка сплава | Титан Ti,% | Алюминий Al,% | Марганец Mn,% | Вольфрам W,% | Молибден Mo,% | Ниобий Nb,% | Ванадий Va,% | Цирконий Zn,% | Хром Cr,% | Олово Sn,% | Кремний Si,% | Железо Fe,% |
BT 1-00 | 99,05 | |||||||||||
BT 1-0 | 98,28 | |||||||||||
OT 4-0 | 96,018 | 1,4 | 1,3 | |||||||||
OT 4-1 | 94,168 | 2,6 | 2 | |||||||||
OT 4 | 91,668 | 6 | 2 | |||||||||
BT 6 | 86,585 | 6,8 | 5,3 | |||||||||
BT 5-1 | 88,665 | 6 | 3 | |||||||||
BT 5 | 90,416 | 6,2 | ||||||||||
BT 6C | 87,716 | 6,5 | 4,5 | |||||||||
BT 3-1 | 85,785 | 7 | 3 | 2 | 0,4 | 0,7 | ||||||
BT 8 | 87,385 | 7 | 3,8 | 0,2 | ||||||||
BT 9 | 85,986 | 7 | 3,8 | 2 | 0,35 | |||||||
BT 14 | 86,685 | 6,3 | 3,8 | 1,9 | ||||||||
BT 15 | 74,368 | 3,6 | 8 | 11,5 | ||||||||
BT 16 | 84,385 | 3,8 | 5,5 | 5 | ||||||||
BT 18 | 84,465 | 8,2 | 1 | 1,5 | 1,8 | 0,18 | ||||||
BT 20 | 84,985 | 7 | 2 | 2,5 | 2,5 | |||||||
BT 22 | 79,206 | 5,7 | 5,5 | 5,5 | 1,5 | 1,5 | ||||||
BT 25 | 82,595 | 7,2 | 0,5-1,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 0,25 | |||||
BT 18y | 81,665 | 7,3 | 1 | 1,5 | 4,5 | 3 | 0,25 | |||||
ПТ 3В | 91,232 | 6 | 2,5 | |||||||||
ПТ 7М | 93,534 | 2,5 | 3 | |||||||||
19 | 86,414 | 6,5 | 4 | 2,5 | ||||||||
14 | 87,734 | 5,6 | 3,5 | 2,5 |
group-metall.ru
Применение сплавов на основе титана. Титан и его сплавы.
Титан представляет собой серебристо-белый металл, плотность которого составляет 4,5 т/м3. Температура плавления у чистого металла составляет 1660°С, у сплавов она может отличаться на значение до 50-70°. Механические свойства сплавов также существенно отличаются от свойств чистого титана. Так, сплав ВТ1 имеет предел прочности 650 МПа, в то время как у чистого металла он составляет всего 300 МПа.
Главным достоинством титана выступает высокая прочность в сочетании с низким весом
Главным достоинством титана выступает высокая прочность в сочетании с низким весом. Благодаря этому титан используется как заменитель стали в тех сферах, где вес конструкции критически важен. К таким сферам относят авиационное и ракетное машиностроение. Широкому распространению титана препятствует его высокая цена.
Другим важным достоинством титана выступает высокая стойкость к коррозии. Он устойчив к действию воды, многих органических и неорганических веществ. Быстрое растворение титана происходит только в плавиковой кислоте, концентрированных азотной и серной кислотах. На воздухе титан покрывается плотной и прочной пленкой из оксидов, которые защищают остальной металл от разрушения. Однако химическая активность титана значительно возрастает при температурах выше 500°С, поэтому его не рекомендуется ограниченно использовать для деталей, работающих при повышенных температурах. Предел рабочей температуры составляет 600-700°С для разных сплавов.
Существенным недостатком титановых сплавов выступает плохая обрабатываемость резанием. Сварка этих сплавов затруднена, она производится в защитной атмосфере.
Легирование и термическая обработка титана
Титан имеет две твердые фазы: α–титан и β–титан, переход между которыми происходит при температуре 882°С. Наличие нескольких фаз дает возможность улучшения свойств сплавов на основе титана термической обработкой. Промышленные сплавы титан образуют с ним твердые растворы, которые изменяют температуру перехода.
Легирующие элементы для титана можно разделить на три категории. Первая категория — элементы, стабилизирующие α–титан, к ним относятся азот, алюминий, кислород, углерод. Эти элементы повышают температуру фазового перехода. Второй категорией являются элементы, стабилизующие фазу β–титан, это железо, хром, ванадий и молибден. К третьей категории относятся элементы, не оказывающие влияние температуру фазового перехода. Олово, гафний и цирконий только повышают прочность сплава. В соответствии с требованиями к сплаву выбираются элементы из первой или второй категории, к которым добавляются упрочняющие элементы. Отрицательно на свойства сплавов воздействует водород, поэтому состав подбирается так, чтобы компенсировать его воздействие.
Титановые сплавы подвергаются всем видам термической и химико-термической обработки. Часто применяется увеличение износостойкости поверхности азотирование или цементацией. Также улучшить механические свойства можно обработкой давлением.
Применение титановых сплавов
Несмотря на свои высокие конструкционные свойства, титан ограниченно используется в машиностроении. Существенная часть получаемого титана применяется для производства краски, пластика и бумаги, поскольку диоксид титана является отличным красящим веществом, он обеспечивает белый цвет многим изделиям. В машиностроении используется менее 10% выплавляемого титана.
Сплавы на основе титана делятся на два типа: литейные и деформируемые. В обозначение литейных сплавов указывается буква Л, например ВТ21Л и ВТ31Л. Литейные сплавы имеют худшие механические свойства, но их стоимость ниже. При литье титана необходимо исключить возможность взаимодействия металла, который при высокой температуре становится очень активным, с атмосферой окружающей среды и литейной формой.
Из литейных сплавов популярность пользуется ВТ5Л. Он обладает хорошую пластичностью и свариваемость. Отлитые из него детали не подвержены трещинообразованию. Использовать изделия из ВТ5Л можно использовать при температурах до 400°С. Главным недостатком этого сплава является низкая прочность – 800 МПа. Из деформируемых можно отметить ВТ5 и ВТ14.
Основными сферами использования титана считаются:
- Летальные аппараты. Из титана выполняются корпуса аппаратов и двигателей, сопки, диски, крепежные детали. В этой сфере прочностные и химические свойства титана используются в полной мере.
- Оборудование химической промышленности. Титановые сплавы применяются для производства компрессоров, вентилей и клапанов, которые предназначены для работы с агрессивными жидкостями.
- Ядерная энергетика. Из титана производят оборудование, работающее с ядреным топливом.
- Судостроение. Титан изредка используется для речных и морских судов, сказывается его высокая стоимость. Наиболее широко титановые сплавы применяются для строительства подводных лодок. Так, наиболее крупные подводные лодки проекта 941 «Акула» имеют значительную часть корпусных элементов из титана.
- Криогенная техника. Титан сохраняет свои механические свойства до температур -253°С.
Титановые сплавы применяются в порошковой металлургии. В этой сфере широко используется сплав ВТ6. После термической обработки деталь, полученная порошковой металлургии, имеет прочность такую же, как и изделия, изготовленную традиционными способами.
samara-metall.ru
4. Титановые сплавы. Материаловедение: конспект лекций [litres]
4. Титановые сплавы
Титан – металл серебристо—белого цвета. Это один из наиболее распространенных в природе элементов. Среди других элементов по распространенности в земной коре (0,61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4,5 г/см 3), тугоплавок (температура плавления 1665 °C), весьма прочен и пластичен. На поверхности его образуется стойкая окисная пленка, за счет которой он хорошо сопротивляется коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. При температурах до 882 °C он имеет гексагональную плотно упакованную решетку, при более высоких температурах – объемно—центрированный куб. Механические свойства листового титана зависят от химического состава и способа термической обработки. Предел прочности его – 300—1200 МПа (30—120 КГС/мм 2), относительное удлинение – 4—10 %. Вредными примесями титана являются азот, углерод, кислород и водород. Они снижают его пластичность и свариваемость, повышают твердость и прочность, ухудшают сопротивление коррозии.
При температуре свыше 500 °C титан и его сплавы легко окисляются, поглощая водород, который вызывает охрупчи—вание (водородная хрупкость). При нагревании выше 800 °C титан энергично поглощает кислород, азот и водород, эта его способность используется в металлургии для раскисления стали. Он служит легирующим элементом для других цветных металлов и для стали.
Благодаря своим замечательным свойствам титан и его сплавы нашли широкое применение в авиа-, ракето—и судостроении. Из титана и его сплавов изготовляют полуфабрикаты: листы, трубы, прутки и проволоку. Основными промышленными материалами для получения титана являются ильменит, рутил, перовскит и сфен (титанит). Технология получения титана сложна, трудоемка и длительна: сначала вырабатывают титановую губку, а затем путем переплавки в вакуумных печах из нее производят ковкий титан.
Губчатый титан, получаемый магнийтермическим способом, служит исходным материалом для производства титановых сплавов и других целей. В зависимости от химического состава и механических свойств стандартом установлены следующие марки губчатого титана: ТГ–90, ТГ–100, ТГ–110, ТГ–120, ТГ–130. В обозначении марок буквы «ТГ» означают – титан губчатый, «Тв» – твердый, цифры означают твердость по Бринеллю. В губчатый титан входят примеси: железо – до 0,2 %, кремний – до 0,04 %, никель – до 0,05 %, углерод – до 0,05 %, хлор – до 0,12 %, азот – до 0,04 %, кислород – до 0,1 %. Для изготовления различных полуфабрикатов (листы, трубы, прутки, проволока) предназначены титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением. В зависимости от химического состава стандарт предусматривает следующие их марки: ВТ1–00, ВТ1–0, ОТ4–0, ОТ4–1, ОТ4, ВТ5, ВТ5–1, ВТ6, ВТ20, ВТ22, ПТ–7М, ПТ–7В, ПТ–1 м. Основные компоненты: алюминий – 0,2–0,7 %, марганец – 0,2–2 %, молибден – 0,5–5,5 %, ванадий – 0,8–5,5 %, цирконий – 0,8–3 %, хром – 0,5–2,3 %, олово – 2–3 %, кремний – 0,15—0,40 %, железо – 0,2–1,5 %. Железо, кремний и цирконий в зависимости от марки сплава могут быть основными компонентами или примесями.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru
Свойства и применение титана и его сплавов, технические характеристики
Титан занимает 4-е место по распространению в производстве, но эффективная технология его извлечения была разработана только в 40-х гг прошлого века. Это металл серебристого цвета, характеризующийся небольшой удельной массой и уникальными характеристиками. Для анализа степени распространения в промышленности и других сферах необходимо озвучить свойства титана и области применения его сплавов.
Основные характеристики
Металл обладает малой удельной массой – всего 4.5 г/см³. Антикоррозийные качества обусловлены устойчивой оксидной пленкой, образующейся на поверхности. Благодаря этому качеству титан не изменяет своих свойств при длительном нахождении в воде, соляной кислоте. Не возникают поврежденные участки из-за воздействия напряжения, что является основной проблемой стали.
В чистом виде титан обладает следующими качествами и характеристиками:
- номинальная температура плавления — 1 660°С;
- при термическом воздействии +3 227°С закипает;
- предел прочности при растяжении – до 450 МПа;
- характеризуется небольшим показателем упругости – до 110,25 ГПа;
- по шкале НВ твердость составляет 103;
- предел текучести один из самых оптимальных среди металлов – до 380 Мпа;
- теплопроводность чистого титана без добавок – 16,791 Вт/м*С;
- минимальный коэффициент термического расширения;
- этот элемент является парамагнитом.
Для сравнения, прочность этого материала в 2 раза больше, чем у чистого железа и в 4 раза такого же показателя алюминия. Также титан имеет две полиморфные фазы – низкотемпературную и высокотемпературную.
Для производственных нужд чистый титан не применяется из-за его дороговизны и требуемых эксплуатационных качеств. Для повышения жесткости в состав добавляют оксиды, гибриды и нитриды. Реже изменяют характеристики материала для улучшения стойкости к коррозии. Основные виды добавок для получения сплавов: сталь, никель, алюминий. В некоторых случаях он выполняет функции дополнительного компонента.
О технологии сварки титана читайте здесь.
Области применения
Благодаря небольшой удельной массе и прочностным параметрам титан широко используется в авиационной и космической промышленности. Его применяют в качестве основного конструкционного материала в чистом виде. В особых случаях за счет уменьшения жаропрочности делают более дешевые сплавы. При этом его сопротивление коррозии и механическая прочность остаются неизменными.
Кроме этого, материал с добавками титана нашел применение в следующих областях:
- Химическая промышленность. Его стойкость практически ко всем агрессивным средам, кроме органических кислот, позволяет изготавливать сложное оборудование с хорошими показателями безремонтного срока службы.
- Производство транспортных средств. Причина – небольшая удельная масса и механическая прочность. Из него делают каркасы или несущие элементы конструкций.
- Медицина. Для особых целей применяется специальный сплав нитинол (титан и никель). Его отличительное свойство – память формы. Для уменьшения нагрузки пациентов и минимизации вероятности негативного воздействия на организм многие медицинские шины и подобные им устройства делают из титана.
- В промышленности металл применяется для изготовления корпусов и отдельных элементов оборудования.
- Ювелирные украшения из титана обладают уникальным внешним видом и качествами.
В большинстве случаев материал обрабатывается в заводских условиях. Но есть ряд исключений – зная свойства этого материала, часть работ по изменению внешнего вида изделия и его характеристик можно выполнять в домашней мастерской.
Особенности обработки
Для придания изделию нужной формы необходимо использовать специальное оборудование – токарный и фрезерный станок. Ручное резание или фрезеровка титана невозможна из-за его твердости. Помимо выбора мощности и других характеристик оборудования необходимо правильно подобрать режущие инструменты: фрезы, резцы, развертки, сверла и т.д.
При этом учитываются такие нюансы:
- Титановая стружка легко воспламеняется. Необходимо принудительное охлаждение поверхности детали и работа на минимальных скоростях.
- Гибка изделия выполняется только после предварительного разогрева поверхности. В противном случае велика вероятность появления трещин.
- Сварка. Обязательно соблюдение особых условий.
Титан – уникальный материал с хорошими эксплуатационными и техническими качествами. Но для его обработки следует знать специфику технологии, а главное – технику безопасности.
ismith.ru