9. Цветные металлы и сплавы

Цветные сплавы – сплавы на основе титана, алюминия, магния, меди. Они являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Особенно перспективны материалы, которые дают возможность снизить массу конструкций при повышении прочности и жесткости. Высокая коррозионная стойкость цветных металлов обусловлена образованием на поверхности металла плотной пленки оксида. Эта пленка обладает хорошим сцеплением с металлом благодаря близости их удельных объемов и предохраняет металл от дальнейшей коррозии. При нагреве цветных металлов выше некоторой предельной температуры они становятся химически активными элементами.

9.1. Титан и его сплавы

Титан – легкий металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 1671 °С. Полиморфные модификации: до 882 °С устойчива -фаза с ГПУ решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм; выше 882 °С – -фаза с ОЦК решеткой (а = 0,332 нм при 900 °С). Плотность -фазы при комнатной температуре – 4,5 г/см³. Механические свойства титана (_в = 300 МПа, твердость 100 НВ) сильно зависят от его чистоты и состояния. Чистый титан сохраняет высокую пластичность (δ = 20 %,  = 50 %) при охлаждении до температуры жидкого гелия (–269 °С), но при попадании всего 0,03 % водорода, 0,2 % азота или 0,7 % кислорода титан теряет способность к пластической деформации.

Титановые сплавы. Компоненты сплава образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру  превращения.

Элементы, повышающие температуру  превращения, называются -стабилизаторами (рис. 9.1,а). Практическое значение имеет только легирование алюминием. Это сплавы средней прочности, они не упрочняются термической обработкой, имеют отличные литейные свойства, хорошо свариваются. Низколегированные -сплавы и технический титан поддаются листовой штамповке в холодном состоянии.

Элементы, понижающие температуру превращения , называются -стабилизаторами (рис. 9.1,б). Некоторые -стабилизаторы образуют интерметаллические соединения: при охлаждении -фаза претерпевает эвтектоидное превращение:  + TiМе (рис. 6.1,в). Сплавы на основе -структуры пластичны (поддаются холодной листовой штамповке), хорошо свариваются. После старения приобретают высокую прочность, но выше 300 °С становятся хрупкими. Нейтральные стабилизаторы (рис. 9.1,г) не влияют на фазовый состав сплавов.

Д вухфазные сплавы (+) – большая группа промышленных титановых сплавов, отличающихся более высокой пластичностью, чем -сплавы. Могут термически упрочняться, обладают высокой жаропрочностью, но плохо свариваются. Для повышения износостойкости сплавы подвергают цементации или азотированию. Основной недостаток титановых сплавов – плохая обрабатываемость резанием и низкие антифрикционные свойства. По способу производства различаются деформируемые и литейные сплавы. Титановые сплавы применяются в ракето- и авиастроении (корпуса двигателей, сопла, детали крепежа), химическом производстве (компрессоры, клапаны, криогенная техника), судостроении (гребные винты, обшивка морских судов).